專利名稱：一種硫摻雜生長帶隙可調(diào)的ZnSO合金薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶隙可調(diào)的aiso合金薄膜的生長方法。
背景技術(shù)：
ZnO是一種寬帶隙(3.3 eV)的化合物半導體材料，具有原料豐富、價格便宜、無毒，易于實現(xiàn)摻雜，合金化，且其沉積溫度相對較低和在等離子體環(huán)境中穩(wěn)定性好等優(yōu)點。 能帶工程，又稱為能帶剪裁，是指認為地通過人為地設(shè)計、優(yōu)化材料組分與結(jié)構(gòu)以達到同質(zhì)結(jié)構(gòu)無法達到的性能，同時這也是現(xiàn)代光電子器件設(shè)計中的至關(guān)重要的一步。為實現(xiàn)商業(yè)化的aiO發(fā)光器件，ZnO材料的帶隙調(diào)節(jié)必須得到滿足。一般通過等價陽離子摻雜摻入Mg、 Be形成ZrvxIfexO和^vxBexO合金薄膜來增大帶隙寬度，以及摻入Cd形成ZrvyCdyO合金薄膜來減小帶隙寬度。然而，等價陰離子摻雜也可以改變ZnO薄膜的性能甚至可以調(diào)節(jié)帶隙寬度，至今很少有這方面的報道。脈沖激光沉積法具有沉積參數(shù)易控、易保持薄膜與靶成分一致、能實現(xiàn)實時摻雜且生長的薄膜質(zhì)量好等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景，是目前制備SiO 基薄膜最有效和最有發(fā)展前途的制備技術(shù)之一。目前為止，還沒有使用脈沖激光沉積法生長帶隙可調(diào)的SiSO合金薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種硫摻雜生長帶隙可調(diào)的aiso合金薄膜的方法。本發(fā)明的硫摻雜生長帶隙可調(diào)的SiSO合金薄膜的方法，采用的是脈沖激光沉積法，其步驟如下
1)稱量純氧化鋅和純硫化鋅粉末，其中硫化鋅的摩爾含量為10、0%，經(jīng)混料后液壓成型，制得靶材；
2)將清洗后的襯底放入脈沖激光沉積裝置的生長室中，靶材與襯底之間的距離為 4. 5 5. 5 cm,生長室背底真空度抽至1 X 10_4 1 X 10_3 Pa,然后加熱襯底，使襯底溫度為 300^500 °C，激光頻率為；TlO Hz,激光能量為250 350 mj，進行生長，生長后的薄膜以 3 10°C /min降溫速率冷卻至室溫。上述的襯底可以是硅、藍寶石、玻璃或石英。純氧化鋅和純硫化鋅的純度均為 99. 99%ο本發(fā)明通過調(diào)節(jié)靶材中所摻S的摩爾含量、襯底溫度，可以制備不同摻雜濃度的帶隙可調(diào)的aiso合金薄膜，生長的時間由所需的薄膜厚度決定。本發(fā)明的優(yōu)點
1)可以實現(xiàn)實時摻雜，在ZnO合金薄膜生長過程中同時實現(xiàn)帶隙可調(diào)；
2)摻雜濃度可以通過調(diào)節(jié)生長溫度和靶材中S的摩爾含量來控制；
3)制備的SiSO合金薄膜帶隙可調(diào)，具有良好的光學性能，同時重復性和穩(wěn)定性好。


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圖1是本發(fā)明方法采用的脈沖激光沉積裝置示意圖，圖中1為激光器；2為生長室；3為靶材；4為襯底；
圖2是實施例2的SiSO合金薄膜的χ射線衍射(XRD)圖譜； 圖3是實施例2的SiSO合金薄膜的光學透射譜。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實例進一步說明本發(fā)明。實施例1
1)取純度為99. 99%的氧化鋅和純度為99. 99%的硫化鋅粉末，S摩爾含量為10%，將ZnO 和SiS的混合粉末進行混料。混料均勻后，將粉末在高溫下液壓成厚度為3 mm，直徑為50 mm的圓片，得到靶材。2)以石英為襯底，將襯底表面清洗后放入脈沖激光沉積裝置的生長室中，生長室背底真空度抽至IX 10_4 Pa，然后加熱襯底，使襯底溫度為300°C，以摻ZnS的ZnO為靶材， 調(diào)整襯底和靶材的距離為4. 5 cm，激光頻率為3 Hz,激光能量為250 mj，生長的時間為30 min。生長后以3 °C/min的降溫速率冷卻到室溫，得到S摻雜帶隙可調(diào)的SiSO合金薄膜。制得的S摻雜帶隙可調(diào)的SiSO合金薄膜的禁帶寬度約為3. 2 eV，在室溫下有優(yōu)異的光學性能可見光平均透射率超過80%。實施例2
1)取純度為99. 99%的氧化鋅和純度為99. 99%的硫化鋅粉末，S摩爾含量為30%，將ZnO 和SiS的混合粉末進行混料?；炝暇鶆蚝?，將粉末在高溫下液壓成厚度為3 mm，直徑為50 mm的圓片，得到靶材。2)以石英為襯底，將襯底表面清洗后放入脈沖激光沉積裝置的生長室中，生長室背底真空度抽至5 X 10_4 Pa,然后加熱襯底，使襯底溫度為400°C，以摻ZnS的ZnO為靶材，調(diào)整襯底和靶材的距離為5 cm，激光頻率為5 Hz,激光能量為300 mJ，生長的時間為30 min。 生長后以5 0C /min的降溫速率冷卻到室溫，得到S摻雜帶隙可調(diào)的SiSO合金薄膜。制得的S摻雜帶隙可調(diào)的SiSO合金薄膜的禁帶寬度約為3. 1 eV，在室溫下有優(yōu)異的光學性能可見光平均透射率超過80%。其χ射線衍射(XRD)圖譜見圖2，光學透射譜見圖3。實施例3
1)取純度為99. 99%的氧化鋅和純度為99. 99%的硫化鋅粉末，S摩爾含量為40%，將ZnO 和SiS的混合粉末進行混料?；炝暇鶆蚝?，將粉末在高溫下液壓成厚度為3 mm，直徑為50 mm的圓片，得到靶材。2)以石英為襯底，將襯底表面清洗后放入脈沖激光沉積裝置的生長室中，生長室背底真空度抽至ι X IO-3 Pa,然后加熱襯底，使襯底溫度為500°C，以摻ZnS的ZnO為靶材，調(diào)整襯底和靶材的距離為5. 5 cm，激光頻率為10 Hz,激光能量為350 mJ，生長的時間為30 min。生長后以10 °C/min的降溫速率冷卻到室溫，得到S摻雜帶隙可調(diào)的SiSO合金薄膜。制得的S摻雜帶隙可調(diào)的SiSO合金薄膜的禁帶寬度約為3. 0 eV，在室溫下有優(yōu)異的光學性能可見光平均透射率超過80%。
權(quán)利要求
1. 一種硫摻雜生長帶隙可調(diào)的SiSO合金薄膜的方法，其特征是采用脈沖激光沉積法， 包括如下步驟1)稱量純氧化鋅和純硫化鋅粉末，其中硫化鋅的摩爾含量為10、0%，經(jīng)混料后液壓成型，制得靶材；2)將清洗后的襯底放入脈沖激光沉積裝置的生長室中，靶材與襯底之間的距離為 4. 5 5. 5 cm,生長室背底真空度抽至1 X 10_4 1 X 10_3 Pa,然后加熱襯底，使襯底溫度為 300^500 °C，激光頻率為；TlO Hz,激光能量為250 350 mj，進行生長，生長后的薄膜以 3 10°C /min降溫速率冷卻至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求ι所述的硫摻雜生長帶隙可調(diào)的aiso合金薄膜的方法，其特征是所說的襯底是硅、藍寶石、玻璃或石英。
3.根據(jù)權(quán)利要求ι所述的硫摻雜生長帶隙可調(diào)的aiso合金薄膜的方法，其特征是純氧化鋅和純硫化鋅的純度均為99. 99%。
全文摘要
本發(fā)明公開的S摻雜生長帶隙可調(diào)的ZnSO合金薄膜的方法，采用的是脈沖激光沉積法。靶材是由純氧化鋅和純硫化鋅粉末混合后液壓成型的陶瓷靶,其中硫化鋅的摩爾含量為10~40%；然后在脈沖激光沉積裝置的生長室中，真空度為1×10-4～1×10-3Pa下，激光頻率為3~10Hz,生長溫度為300~500℃,在襯底上生長帶隙可調(diào)的ZnSO合金薄膜。本發(fā)明方法可以實現(xiàn)實時摻雜,摻雜濃度通過調(diào)節(jié)生長溫度和靶材中S的摩爾含量來控制。采用本發(fā)明方法制備的ZnSO合金薄膜帶隙可調(diào)，具有良好的光學性能，重復性和穩(wěn)定性。
文檔編號C23C14/06GK102226264SQ20111016351
公開日2011年10月26日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 周惟舜, 曹鈴, 朱麗萍, 李洋, 蔣杰 申請人:浙江大學