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引言

? ? ? 近年來，氧化鋅薄膜因其低成本、低光敏性、無環(huán)境問題、特別是高遷移率而被研究作為薄膜晶體管中的有源層來代替非晶硅。此外，氧化鋅的低溫制造使得在塑料薄膜上制造成為可能。氧化鋅(ZnO)半導體由于在低沉積溫度下具有高電子遷移率，非常適用于柔性顯示和有機發(fā)光二極管器件，作為一種新的半導體層取代了薄膜晶體管中使用的非晶硅半導體，在表征方面取得了重大進展。氧化鋅的濕法圖形化是大規(guī)模生產(chǎn)氧化鋅薄膜晶體管器件的另一個重要問題。然而，氧化鋅薄膜在薄膜晶體管工業(yè)中常規(guī)使用的濕法腐蝕水溶液中的濕腐蝕行為尚未見報道，本文采用電化學分析方法研究了射頻磁控濺射氧化鋅薄膜在各種濕溶液如磷酸和硝酸溶液中的濕腐蝕行為。還考察了沉積參數(shù)如射頻功率和氧分壓對腐蝕速率的影響。

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實驗

? ? ? 利用射頻磁控濺射系統(tǒng)在玻璃襯底上沉積氧化鋅薄膜。沉積后立即測量沉積薄膜的厚度。用輪廓儀測量厚度。殘余應(yīng)力測量通過記錄沉積前后硅襯底的曲率來進行。薄膜的應(yīng)力由斯通尼公式得到，電阻率是通過探針站使用傳輸線方法在氧化鋅薄膜上沉積金屬薄膜后獲得的。

? ? ? 在包括硝酸(0.1M)、磷酸(0.1M)、鹽酸(0.1M)和乙酸(0.1M)的酸溶液中浸泡5秒鐘后，用輪廓儀從厚度梯度經(jīng)時間測量膜的溶解速率。

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結(jié)果和討論

? ? ? ?氧化鋅薄膜是通過濺射法制備的，這種方法可以很好地控制薄膜的厚度、均勻性和成分。濺射沉積薄膜的結(jié)構(gòu)和性能受到濺射參數(shù)的強烈影響，如氣體、壓力、功率、襯底溫度、偏壓和離子加速能量。已知薄膜的腐蝕行為強烈依賴于薄膜的結(jié)構(gòu)。氧化鋅薄膜的生長速率和電阻率隨著射頻功率和氧壓的增加而增加，如圖1。

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圖1 玻璃襯底上氧化鋅薄膜電阻率和沉積速率的變化是(a)襯底溫度為150℃時10毫托的射頻功率和(b)襯底溫度為50℃時100瓦和10毫托的氧氣分壓的函數(shù)

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? ? ? 射頻功率越高，氧化鋅薄膜的沉積速率越高。隨著射頻功率的增加，濺射的鋅原子或離子通過增強氬離子與氧化鋅靶的碰撞而增加。高射頻功率下薄膜電導率的下降是由于氧陰離子轟擊氧化鋅表面的可能性增加。另一方面，隨著氧部分含量的增加，薄膜的電阻率接近飽和值。這意味著隨著氧分壓的增加，氧化鋅薄膜從半導體轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體。由此發(fā)現(xiàn)，這種薄膜的半導體/絕緣體躍遷強烈地影響了水溶液中氧化鋅表面的電化學過程。

? ? ? 在不同射頻功率下生長的氧化鋅薄膜的x射線衍射光譜如圖2的(a)所示。

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圖2 沿（0002）平面首選取向的氧化鋅薄膜的x射線衍射峰值強度為(a)10mTorr的射頻功率為50℃，(b)100W、10mTorr和50℃的O2分壓。

? ? ? 在34.5o處觀察到2s峰，表明薄膜沿（0002）平面以首選的方向生長。在射頻功率50~150W中廣泛顯示首選取向（0002）峰，但在200W的薄膜中明顯顯示峰。從半最大峰值（0002）全寬的變化可以看出，高射頻功率濺射的薄膜具有較高的特性。

? ? ? 結(jié)晶度低于在低射頻功率下沉積的薄膜。濺射的氧化鋅薄膜的表面形態(tài)如圖3。

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圖3 掃描電鏡平面視圖圖像顯示了在射頻功率為(a)50W和(b)300W時，氧化鋅薄膜生長的粒度

? ? ? ?300W沉積的薄膜粒徑遠遠大于50W沉積的薄膜粒徑。與射頻功率相似，高o2分壓生長的薄膜比低o2分壓沉積的薄膜具有更高的結(jié)晶性。此外，o2分壓為0.5sccm的薄膜的粒徑遠遠大于0sccm的薄膜。由此可知，濺射的氧化鋅薄膜主要具有壓縮應(yīng)力。

? ? ? 從上述結(jié)果可知，在硝酸(0.1M)中蝕刻速率最快，在乙酸(0.1M)中蝕刻速率最慢。眾所周知，晶體氧化銦錫薄膜的溶解與溶液中的鹵素離子密切相關(guān)。然而，氧化鋅的溶解趨勢與氧化銦錫薄膜有很大的不同。

? ? ? 在氧氣壓力的情況下，膜的腐蝕速率在0.5 sccm處具有最小值。在0.5 sccm以上，溶解速率隨著氧壓的增加而增加。

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總結(jié)?

? ? ? 在研究了射頻磁控管濺射的氧化鋅薄膜在玻璃基板上的濕式溶解行為。溶解速率隨射頻功率的增加而增加，在0.5sccm氧分壓下表現(xiàn)為最小值。薄膜在硝酸中溶解最快，在乙酸中溶解最慢。

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