衬底温度对ZnO薄膜晶体结构和电学性质的影响研究

摘要

由GDARE法在较低温度下,以玻璃为衬底沉积ZnO薄膜,用SEM、 AFM、 XRD及交流阻抗谱测量等方法研究了衬底温度对薄膜表面形貌、晶体结构以及晶体导电性质的影响.研究结果表明,室温下沉积的薄膜为颗粒致密的非晶相结构,晶界电阻较小.在衬底温度大于50 ℃时,由GDARE法可沉积出具有一定c轴取向的ZnO薄膜.随衬底温度的升高,薄膜沿c轴择优生长趋势明显增强,内应力减小,晶界效应增强,晶界电阻增大.衬底温度大于100 ℃后,沿c轴的取向度增强趋势减缓.在衬底温度180～200 ℃时,可获得高度c轴取向的ZnO超细微粒薄膜,其结晶性能良好,表面光滑,平均粒径30～40 nm,晶粒尺寸均匀,晶形规则,沿c轴的内应力很小,取向度达0.965.此时薄膜的晶界效应增强,晶界电阻明显大于室温下沉积的薄膜,而晶粒电阻所占比例很小,总阻抗以晶界电阻为主.同时还讨论了衬底温度对薄膜晶体结构及晶界特性的影响机理.