制备工艺对氮化锌薄膜结构和光波导特性的影响

发布时间：2018-03-24 11:36

  本文选题：Zn_3N_2薄膜　切入点：有效折射率　出处：《山东建筑大学》2017年硕士论文

【摘要】：在科学技术迅猛发展的今天,半导体薄膜材料凭借其优良的特性和尺寸上的特殊优势,已然成为当今材料技术研究的热点。目前研究比较广泛的是锌类和氮族化合物。Zn_3N_2薄膜材料因同属于锌类和氮族的Ⅱ-Ⅴ化合物,引起了科学研究者的广泛关注。Zn_3N_2薄膜具有高载流子迁移速率、高电导率且禁带宽度因制备方法的不同而变化等优点,同时Zn_3N_2薄膜的制备方便、操作简单。本研究采用射频反应磁控溅射技术,将纯度为99.99%的纯金属锌靶材放在氮气和氩气气氛中反应溅射,在Al_2O_3、MgO和Si111衬底上制备Zn_3N_2薄膜,研究衬底材料的种类、衬底温度及氮气和氩气的流量比对沉积的Zn_3N_2薄膜结晶度、表面形貌和光波导特性的影响。在其它沉积参数相同的条件下,分别在Al_2O_3、MgO和Si111三种不同的衬底上沉积生长Zn_3N_2薄膜,经过X射线衍射和原子力显微镜检测后发现,在Al_2O_3衬底上生长的Zn_3N_2薄膜晶粒尺寸较大,薄膜结构较为致密,在Si111衬底上沉积的薄膜晶粒尺寸较小,粗糙度较大,而在MgO衬底上并没有发现Zn_3N_2薄膜的的衍射峰。选择Si111做衬底,衬底温度分别控制在25℃(室温)、200℃、400℃,在三种不同的衬底温度下溅射沉积Zn_3N_2薄膜,研究不同的衬底温度对Zn_3N_2薄膜晶格结构和光波导特性的影响。通过XRD检测和原子力显微镜观察,可以看出,在200℃下,沉积出的Zn_3N_2薄膜的质量较好,结晶度较高而粗糙度较低,当衬底温度较高时,生长的Zn_3N_2薄膜表面粗糙度增大。选择Si111做衬底,分别在纯N_2环境和氮氩流量比为3:2的环境中生长Zn_3N_2薄膜,观察到在纯N_2环境也可生长出Zn_3N_2薄膜,但生长出的薄膜结晶性和粗糙度不如在氮氩混合气氛中生长出的薄膜高。应用棱镜耦合技术,研究沉积的Zn_3N_2薄膜的光波导特性,观察到在Al_2O_3衬底上有2个TE模1个TM模,而在MgO衬底上也观察到同样个数的TE、TM模,并模拟计算出Zn_3N_2薄膜的有效折射率,在Al_2O_3衬底上薄膜的有效折射率为no=2.338,ne=1.757,在MgO衬底上薄膜的有效折射率为no=2.213,ne=1.737。
[Abstract]:With the rapid development of science and technology, semiconductor thin film materials have special advantages in size and quality. At present, zinc and nitrogen compounds. Zn3N2 thin film materials belong to zinc and nitrogen group 鈪，

本文编号：1658129