低温硫化制备ZnS薄膜的性能研究

作     者：杨光 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张仁刚

授予年度：2020年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 081702[工学-化学工艺] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

主      题：ZnS薄膜 溅射 低温硫化 结构 光学性能 

摘      要：ZnS是一种重要的宽带隙化合物半导体,高质量ZnS薄膜的制备与研究是影响其薄膜器件应用的关键因素之一。本论文先以直流磁控溅射方法沉积了Zn薄膜,然后在硫蒸气中200℃预热和硫化退火制备出了ZnS薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及紫外-可见分光光度计等对薄膜进行了表征,研究了硫化温度、硫化时间和Zn沉积时间对硫化薄膜结构、形貌、成分和光学性能的影响。溅射Zn薄膜在硫蒸气中200℃预热1h以及随后不同温度硫化退火1h,研究结果表明:第一步的200℃预热可在Zn薄膜表面形成ZnS,随后第二步退火的硫化温度对硫化薄膜光透射率、S/Zn原子比和结晶性都有明显影响;在大于或等于300℃的硫化温度下制备的ZnS薄膜在400-1100 nm范围光透射率接近约80%,带隙为3.54-3.60e V,晶体结构为六方。溅射Zn薄膜在硫蒸气中200℃预热和400℃低温硫化退火,预热时间和硫化时间对ZnS薄膜结晶性、形貌、成分和光学性能都有影响;太短时间的预热或低温硫化、过长时间预热或低温硫化都会导致生长ZnS薄膜质量降低。最佳的预热时间和低温硫化时间都为1h。不同时间溅射沉积Zn先后在200℃和400℃的硫蒸气中进行低温硫化,时间都为1h,得到不同厚度ZnS薄膜。研究表明:随着Zn沉积时间的增加,硫化制备ZnS薄膜的晶粒尺寸、光透射率、带隙、S/Zn原子比都发生了明显变化,但变化趋势不同。并且,对其低温硫化生长ZnS薄膜的机理进行了讨论。此外,硫化前的抽真空处理可明显改善ZnS薄膜的质量。其中,3min溅射沉积的Zn在抽真空后于200℃预热(1h)和400℃低温硫化(1h)生长的ZnS薄膜质量最佳。