[发明专利]一种提高N掺杂ZnO薄膜荧光特性的方法

说明书

本发明公开一种提高N掺杂ZnO薄膜荧光特性的方法，包括以下步骤：S1、清洗衬底,去除衬底表面油污和杂质；S2、采用磁控溅射设备，将衬底置于磁控溅射设备的真空腔室内，以陶瓷ZnO靶为基材，通入Ar和N₂在衬底表面进行N掺杂ZnO薄膜的制备；S3、将得到的N掺杂ZnO薄膜置于退火炉中，以N₂为保护气氛，在1000℃的温度下退火3小时；S4、持续向退火炉通入N₂，使N掺杂ZnO薄膜随炉冷却至室温；高温退火可以提高薄膜的结晶质量；在N₂的保护气氛中退火可以使薄膜中的N离子或ZnO中的错位粒子迁移到合适的位置，另一方面由于N₂的作用，也可进一步提高薄膜中的N含量，得到荧光特性增强的ZnO薄膜。

技术领域

本发明涉及一种提高N掺杂ZnO薄膜荧光特性的方法。

背景技术

ZnO是一种具有纤锌矿结构的宽禁带隙（3.37eV）半导体化合物，激子束缚能为60meV，单一的导电类型、优良的压电、器敏性能以及化学稳定性，被作为紫外发光器件以及光电装置中的重要组成部分而得到广泛的应用。

ZnO由于本身的缺陷造成其为天然的n型半导体，但理想ZnO薄膜材料的使用大多是利用其p型导电，特别是其荧光特性。通过N掺杂使ZnO薄膜由n型向p型转变在理论上是可行的，至于如何实现目前仍然是一个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高N掺杂ZnO薄膜荧光特性的方法，该方法能够提高N在ZnO薄膜中的掺杂含量，增强荧光特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种提高N掺杂ZnO薄膜荧光特性的方法，包括以下步骤：

S1、清洗衬底,去除衬底表面油污和杂质；

S2、采用磁控溅射设备，将衬底置于磁控溅射设备的真空腔室内，以陶瓷ZnO靶为基材，通入Ar和N₂在衬底表面进行N掺杂ZnO薄膜的制备；

S3、将得到的N掺杂ZnO薄膜置于退火炉中，以N₂为保护气氛，在1000℃的温度下退火3小时；

S4、持续向退火炉通入N₂，使N掺杂ZnO薄膜随炉冷却至室温。

进一步的，所述衬底为单晶硅衬底或金属衬底。

本发明的有益效果是，磁控溅射进行N掺杂ZnO薄膜的制备，工艺简单，可控性强；高温退火可以提高薄膜的结晶质量；在N₂的保护气氛中退火可以使薄膜中的N离子或ZnO中的错位粒子迁移到合适的位置，另一方面由于N₂的作用，也可进一步提高薄膜中的N含量，得到荧光特性增强的ZnO薄膜。

具体实施方式

本发明提供一种提高N掺杂ZnO薄膜荧光特性的方法，包括以下步骤：

S1、清洗衬底,去除衬底表面油污和杂质；衬底采用单晶硅衬底或金属衬底；

S2、采用磁控溅射设备，将衬底置于磁控溅射设备的真空腔室内，以陶瓷ZnO靶为基材，当真空度达到2.0*10^-4Pa时，通入Ar，氩离子轰击陶瓷ZnO靶，进行5min预溅射，预溅射完毕，通入反应气体N₂，溅射功率100W，Ar流量30sccm，N₂流量5sccm，工作气压为1.0Pa，溅射时间30min，在衬底表面进行N掺杂ZnO薄膜的制备；

S3、将得到的N掺杂ZnO薄膜置于退火炉中，退火炉真空度1.0Pa，以N₂为保护气氛，N₂流量10sccm，在1000℃的温度下退火3小时；