衬底温度对ZnS薄膜微结构和应力的影响

江锡顺等:衬底温度对ZnS薄膜微结构和应力的影响

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衬底温度对ZnS薄膜微结构和应力的影响

江锡顺!曹春斌!蔡摘要!采用射频磁控溅射法分别在不同温度衬底

琪!宋学萍!孙兆奇

(安徽大学物理与材料科学学院 安徽合肥230039>

测量分析ZnS薄膜的微结构 XRD的X光管为Cu

靶 CuKO射线波长为0.154056nm 管压为40kV 管流为100mA 扫描方式为连续扫描 步宽为0.020 扫描速度为8.000 /min 测量衍射峰的半高宽 根据Scherrer公式可算出晶粒尺寸:

上制备了厚度为320nm的ZnS薄膜!用XRD和光学

相移技术研究了不同衬底温度下薄膜的微结构和应力"结果表明#不同温度衬底上沉积的ZnS薄膜均呈多晶状态!衬底温度由50C上升到400C的过程中!其择优取向发生了变化!晶粒有明显的生长方向$ZnS薄膜应力随着衬底温度升高逐渐减小!衬底温度在250\350C之间的ZnS薄膜应力较小且在选区内分布比较均匀"

关键词!衬底温度"微结构"应力ZnS薄膜"中图分类号!文献标识码!A0484文章编号!1001-9731#2006$07-1121-03

(1>

BcosO

式中k=0.9 X=0.154056nm O为Bragg角 B是衍射峰的半高宽 可计算出晶粒大小 再利用布拉格

D=

方程:

(2>2dsinO=X

(3>和:d=222

+k+l可以求出ZnS薄膜晶格常数a 再与PDF标准衍射卡的值进行比较 2.3薄膜应力测量

用BGS6341型电子薄膜应力分布测试仪测量了ZnS薄膜的应力分布 薄膜应力分布测试仪运用光偏振相移干涉原理 通过测量由薄膜应力引起的衬底基

9]

片变形或曲率半径的变化 再转换成薄膜应力

1引言

硫化锌是宽禁带H-V族化合物半导体材料 兼有

闪锌矿(面心立方结构即 -ZnS>和纤锌矿(六方结构即O-ZnS>两种结构 作为一种性能优良的光电材料 硫化锌可用于制备光激发二极管 抗反射镀层 大功率

1\6]红外激光窗口材料 国内外许多研究者已对ZnS7 8]薄膜的制备~结构~性能进行了深入的研究

薄膜的性质与薄膜的微结构密切相关 微结构决定其性能 对于一定厚度的薄膜 其微结构会随着衬底温度的不同而变化 从而导致薄膜的应力也与衬底温度密切相关 因此对硫化锌薄膜在不同衬底温度下的微结构和应力进行研究有着重要的科学意义和应用价值

33.1结果与讨论

薄膜的微结构

用XRD技术测量了在不同的衬底温度下ZnS薄

膜的微结构 图1是ZnS薄膜在不同衬底温度下的X射线衍射谱

22.1实验

薄膜的制备

本实验采用JGP560I型超高真空磁控溅射仪制备ZnS薄膜 以Si(111>为衬底 高纯ZnS为靶材 当真空室本底真空达到6.0>10-4Pa后 充入高纯Ar(99.9%>作为溅射气体 溅射时的工作气压为0.7Pa 溅射功率为60W 溅射电压为400V 溅射电流为0.2A 溅射时间为10min 衬底温度分别控制在50~150~250~300~350和400C 制备的ZnS薄膜厚度平均为320nm 2.2薄膜微结构分析

用MACM18XHF型转靶X射线衍射仪(XRD>

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图1不同衬底温度下的ZnS薄膜X衍射谱Fig1XRDpatternsofZnSfilmsatdifferentsubstrate

temperature

基金项目!国家自然科学基金资助项目(59972001>;安徽省自然科学基金资助项目(01044901>;安徽省人才专项基金资助项目

(2004Z029>;安徽大学人才队伍建设基金资助项目(05025103>

收到初稿日期!收到修改稿日期!孙兆奇2005-09-052005-11-09通讯作者!作者简介!江锡顺(1980->

男 安徽贵池人 在读硕士 师承孙兆奇教授 从事功能薄膜材料的研究

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