PECVD法

      PECVD裝置是在普通CVD反應(yīng)腔中增加了一對等離子體離化電極板,如圖2所示。

圖2 PECVD裝置示意圖

      PECVD一般用有機(jī)鋅與穩(wěn)定的含氧氣體(如NO2,CO2或N2O等)反應(yīng)沉積。有機(jī)鋅多采用二甲基鋅(DMZ)或二乙基鋅(DEZ)。用DEZ與CO2反應(yīng)的較多,這是因為這兩種化合物反應(yīng)比較穩(wěn)定。實驗中等離子體的產(chǎn)生是非常重要的,因為CO2在等離子體作用下使氧解離出來,與DEZ反應(yīng)生成ZnO沉積到襯底上。影響薄膜的主要因素是襯底溫度、反應(yīng)氣壓和等離子體電離電壓。襯底溫度一般在200~400℃之間,反應(yīng)壓強(qiáng)約為102Pa,電離電壓約為1.8~4.5kV。PECVD法的優(yōu)點是生長速率較快,薄膜表面平整,有利于在SAW器件的應(yīng)用;但缺點是薄膜的缺陷密度較高,一般需要后續(xù)的熱處理以提高薄膜的質(zhì)量。

SSCVD法

       SSCVD 法(固態(tài)源化學(xué)氣相沉積)是近幾年出現(xiàn)的制備ZnO薄膜的方法,它是一種真空度高(本底壓強(qiáng)達(dá)10-6Pa)、能量較低的沉積過程。使用的單一反應(yīng)源多為堿性醋酸鋅(BZA)。BZA在溫度可調(diào)的Knudsen腔中升華。升華后的壓強(qiáng)一般為10-3Pa 或更低。SSCVD法沉積ZnO薄膜很重要的一點就是要使沉積腔內(nèi)存在適量的水蒸氣。水蒸氣的存在有利于ZnO膜的c軸取向生長,這可能是基于水蒸氣提供了氧,填充了ZnO中的氧空位(VO)。Knudsen腔與襯底的溫度分別穩(wěn)定在200℃和450℃時,隨H2O分壓的增大,ZnO取向性提高,雜質(zhì)與缺陷的濃度降低。當(dāng)H2O分壓為1×10-1Pa結(jié)果最佳,繼續(xù)增加H2O分壓則效果不太明顯。在SSCVD法中,ZnO膜有自組織生長的特性。當(dāng)襯底溫度為400℃,H2O分壓為10-2Pa時,薄膜厚度達(dá)到5nm后開始出現(xiàn)自組織生長,有利于高質(zhì)量ZnO膜的形成。由于SSCVD是低能沉積,沉積速率高,薄膜質(zhì)量較好,可用于聲光調(diào)相調(diào)幅器件。與濺射法相比,不需要部件的旋轉(zhuǎn)就可獲得均勻薄膜,簡化了工藝,有望用于工業(yè)生產(chǎn),但其超高真空的要求則使大腔體的應(yīng)用不經(jīng)濟(jì)。

MOCVD法

       MOCVD法(金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積)是一種異質(zhì)生長薄膜的常見方法。用該法沉積ZnO薄膜,常用的Zn源是DMZ、DE和醋酸丙酮鋅(Zn(C5H7O2)2), 反應(yīng)氣體多用O2,H2O+O2,D2O。用DMZ做鋅源時反應(yīng)比較劇烈,ZnO膜的生長較快,難于控制,且生成的膜中碳雜質(zhì)較多,因此常采用DEZ。MOCVD系統(tǒng)的示意圖如圖3所示。用MOCVD生長ZnO薄膜時,對襯底溫度的要求較高,約為300~650℃。

圖3 MOCVD 設(shè)備示意圖

      在MOCVD中,襯底對膜的生長狀況有較大的影響。襯底溫度與表面結(jié)構(gòu)是影響ZnO薄膜結(jié)構(gòu)的重要因素。隨襯底溫度的升高,取向性變好,但不同的襯底會使ZnO的c軸垂直或平行于襯底表面,甚至無法產(chǎn)生取向性。與SSCVD類似,水蒸氣( 尤其是D2O)的加入有利于ZnO 薄膜取向生長和結(jié)晶的完善。