溅射功率对镓掺杂氧化锌薄膜光电性能的影响

第３８卷第ｌ２期　２０１１年１２月　光电工程　Ｏｐｔｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　、，ｏ１－３８．ＮＯ．１２　Ｄｅｃ．２０ｌ１　文章编号：１００３—５０１Ｘ（２０１１）１２—００９９—０５　溅射功率对镓掺杂氧化锌薄膜光电性能的影响　刘　辉，李竹影，刘　冶，张旺洲　（海军工程大学理学院，武汉４３００３３）　摘要：本文利用射频磁控溅射的方法首次制备了厚度小于２００　ｎｍ的低电阻率高透过率的镓掺杂ＺｎＯ（ＧＺＯ）薄膜。　研究了溅射功率的改变对ＧＺＯ薄膜光电性能的影响。利用扫描电镜对薄膜的微观结构进行了观察，利用四探针　测试仪、紫外．可见分光光度计对ＧＺＯ薄膜的光电性能进行了测试。实验结果表明：薄膜电阻率随溅射功率增大　而迅速下降，从４６．６ｘ１０　Ｑ・ｃｍ降低到２．５ｘ１０　Ｑ－ｃｍ，随着溅射功率的增大，薄膜平均透过率在３００～３５０　ｎｎｌ范围　内有所下降，其吸收宽度增加，但在３５０～３８０　ｎｒｎ范围内增大，薄膜平均透过率均大于８９％，计算显示ＧＺＯ薄膜　的禁带宽度随溅射功率的增加先增大后降低。电子形貌显示薄膜的微观结构由明显的粒子分离结构转变为连续分　布状态。　关键词：ＧＺＯ薄膜；ＲＦ磁控溅射；溅射功率；光电性能　中图分类号：０４８４　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００３．５０１Ｘ．２０１１．１２．０１９　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｐｔ０ｅｌｅｃｔｒＯｎｉｃ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　Ｇａ－ｄｏｐｅｄ　ＺｎＯ　Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍｓ　ＬＩＵ　Ｈｕｉ，ＬＩ　Ｚｈｕ—ｙｉｎｇ，ＬＩＵ　Ｙｌｅ，ＺＨＡＮＧ　Ｗａｎｇ－ｚｈｏｕ　（Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｖａｌ　Ｕｎｉｖ．ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　４３００３３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇａ—ｄｏｐｅｄ　ＺｎＯ（ＧＺＯ）ｆｉｌｍｓ　ｗｉｔｈ　ｌｏｗ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ　ａｒｅ　ｇｏｔ　ｉｆｒｓｔｌｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｉｆｌｍｓ　ｉｓ　ｓｍａｌｌｅｒ　ｔｈａｎ　２００　ｎｎｑ　ｂｙ　ＲＦ　ｍａｇｎｅｔｒｏｎ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ＧＺＯ　ｆｉｌｍｓ　ｗｅｒｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ）．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＧＺＯ　ｆｉｌｍｓ　ｗｅｒｅ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｆｏｕｒ－ｐｏｉｎｔ　ｐｒｏｂｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　ＵＶ－２　１　０２　ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｙ　ｏｆ　ｔＧＺＯ　ｆｉｌｍｓ　ｗｈｉｃｈ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｆｒｏｍ　４６．６ｘ　１０　Ｑ‘ｃｍ　ｔｏ　２．５ｘ　１０　Ｑ　ｃｍ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｒａｐｉｄｌｙ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｒａｎｇｅ　ｗａｓ　ｉｎ　３００－３５０　ａｍ，ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｍａｄｅ　ｔｈｅ　ｔｒｎｓｍｉａｔｔａｎｃｅ　ｏｆ　ＧＺＯ　ｆｉｌｍｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅ，ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｗｉｄｔｈ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ．Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｒａｎｇｅ　ｗａｓ　ｉｎ　３５０－３８０　ｎｎｌ，ｔｈｅ　ｒａｔｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ　ｏｆ　ＧＺＯ　ｆｉｌｍｓ　ｗａｓ　ｅｎｈａｎｃｅｄ．Ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ　ｏｆ　ＧＺＯ　ｆｉｌｍｓ　ａｒｅ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　８９％．Ｗｉｔｈ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ，ｔｈｅ　ｂａｎｄｇａｐ　ｏｆ　ＧＺＯ　ｆｉｌｍｓ　ｆｉｒｓｔ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＺＯ　ｆｉｌｍｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｐｐａｒｅｎｔ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｔｏ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＧＺＯ　ｆｉｌｍ；ＲＦ　ｍａｇｎｅｔｒｏｎ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ；ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　０　引　言　ＺｎＯ通常情况下呈现六方纤锌矿结构，是一种宽禁带半导体材料。在室温下具有较高的禁带宽度（３．３６　ｅＶ），较高的激子束缚能（６０　ｍｅＶ）等特点。氧化铟锡（ＩＴＯ）薄膜广泛应用于液晶显示器和太阳能电池等领域，　但是铟价格的增长导致了产品制造成本的上升。因此国内外研究者都在寻找合适的材料替代ＩＴＯ薄膜。研　究人员发现掺杂ＺｎＯ薄膜具有较好的导电性、在可见光区具有较高的透过率，而且与ＩＴＯ薄膜相比，ＺｎＯ　收稿日期：２０１１—０９—０２；收到修改稿日期：２０１１—０９—２７　作者简介：刘辉（１９８５－），男（汉族），湖北天门人。硕士研究生，目前主要进行功能材料的研究。Ｅｍａｉｌ：ｉｌｏｎｅａｌ＠ｓｉｎａｔｏｍ　ｃｎ　１００　光电工程　还拥有原料丰富，成本低廉，无毒，对环境无污染等优点，因此掺杂ＺｎＯ薄膜引起了人们广泛的关注，希　望能够得到光电性能达到甚至超越ＩＴＯ薄膜的掺杂ＺｎＯ薄膜。例如ｃｈｕｎｇ等采用射频磁控溅射工艺制备了　Ｔｉ掺杂ＺｎＯ薄膜，得到的薄膜最小电阻率为２．５×１Ｏ　Ｑ・ｃｍ，在可见光区的平均透过率为８０％Ｉｌｊ；李远洁等　利用射频磁控溅射工艺制备了厚５００　ｎｍ左右Ｇａ：ＺｎＯ薄膜，得到的薄膜最低电阻率为３．１×１０　Ｑ・ｃｍ，在　Ｊ丁见光区的平均透过率为８０％［２Ｊ　ｏ研究人员在研究这些掺杂ＺｎＯ薄膜时，为了得到较低电阻率的薄膜，通　常将薄膜厚度做到５００　ｎｍ以上，由此导致薄膜在可见光区的平均透过率下降到８０％左右。而对于薄膜厚　度小于２００　ｎｍ是否可以得到低电阻率高透过率的薄膜没有进行研究。本文采用射频磁控溅射镀膜工艺成　功制备了薄膜厚度小于２００　ｎｍ的镓掺杂ＺｎＯ薄膜，研究了溅射功率对ＧＺＯ薄膜光电性能的影响，得到了　电阻率较小，在可见光区平均透过率大于９０％的ＧＺＯ薄膜。　１　实验过程　本文利用ＪＧＰ４５０型高真空磁控溅射系统在载玻片上制备了Ｇａ掺杂ＺｎＯ薄膜。溅射前对载玻片按例　行程序进行清洗和烘干后放入溅射仪器内。溅射工作条件为本底真空度为４．０×１０～Ｐａ，溅射压强为０．５　Ｐａ，　溅射时间为１２０　ｍｉｎ，衬底温度为１２５℃，氩气流量为２０　ｓｃｃｍ，靶与衬底之间距离为１　１０　ｒａｉｎ。本文使用　的Ｇａ２０３：ＺｎＯ陶瓷靶委托武汉鑫泰阁材料有限公司制造，其中Ｇａ２０３的质量百分比含量为３％。为了研究　功率变化对薄膜光电性能的影响，分别在溅射功率为８０　ｗ、９０　Ｗ、１００　Ｗ、１ｌ０　Ｗ、１２０　Ｗ、１３０　Ｗ、１４０　Ｗ、　１５０　Ｗ时制备了Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ八组样品。　利用ＪＳＭ一６７００Ｆ场发射扫描电镜观察了ＧＺＯ薄膜的微观形貌；利用四探针测试仪测量样品的方块电　阻，和由经验公式取得薄膜的平均厚度，计算出薄膜的电阻率；利用ＵＶ－２１０２ｐｃｓ型紫外可见分光光度计　测量了薄膜在可见光区的透过率。　２结果与讨论　２．１溅射功率的变化对ＧＺ０薄膜微观形貌的影响　图１为溅射功率为８０　ｗ和１５０　ｗ时制备的ＧＺＯ薄膜在扫描电镜下放大２０万倍的微观形貌。从图中　可以观察到溅射功率的改变对ＧＺＯ薄膜的表面形貌有显著影响。图１（ａ）显示溅射功率为８０　ｗ时，ＧＺＯ薄　膜的晶粒大小比较均匀，在１００　ｎｍ长度范围内平均有４个晶粒，晶粒平均直径为２５　ｎｍ。同时可以看到薄　膜结构比较疏松，晶粒之间存在比较明显的问隙，间隙宽度在１￣１０ｎｍ范围内。当溅射功率增大到１５０Ｗ　时，ＧＺＯ薄膜晶粒尺寸明显变大，同时薄膜结晶质量变好，薄膜表面平滑、致密、均匀，晶粒之间看不到　明显的间隙，几乎连成一个整体，如图１（ｂ）所示。出现这种现象的原因与溅射到衬底上粒子的数量以及粒　子具有的能量大小有关。溅射功率较大时，到达衬底的粒子明显增多并具有较高能量，提高了粒子在基片　表面的相互结合的几率、对基片表面的覆盖率，最时也提高了生成的氧化锌粒子与基片的结合能。其结果　就是薄膜晶粒直径增加，内部缺陷降低，晶粒边界的致密性变好。　（ａ）８Ｏｗ　（ｂ）１５０Ｗ　图１　不同溅射功率下ＧＺＯ薄膜的ＳＥＭ照片　Ｆｉｇ　１　Ｔｈｅ　ＳＥＭ　ｐｈｏｔｏ　ｏｆ　ＧＺＯ　ｆｉｌｍｓ　ｏｎ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　第３８卷第ｌ２期　刘辉等：溅射功率对镓掺杂氧化锌薄膜光电性能的影响　１０１　２．２溅射功率对ＧＺＯ薄膜电学性能的影响　表１中列出ＧＺＯ薄膜方块电阻的测量值以及按式（１）计算的薄膜电阻率Ｐ。　Ｐ＝Ｒ・ｄ　（１）　其中：Ｐ为薄膜电阻率，　为薄膜方块电阻，ｄ为薄膜厚度。从表１中可以看的到，随着溅射功率的提高，　薄膜电阻率逐渐降低，当溅射功率由８０　ｗ增大到１５０　Ｗ时，薄膜电阻率由４６．６×１０　Ｑ・ｃｍ降低到２．５￣１０　Ｑ・ｃｍ，表中列出的薄膜厚度ｄ的值为根据经验公式推算得出，与实际测量值的误差小于１０％。　表１　不同溅射功率下制备的ＧＺＯ薄膜的方块电阻和电阻率　Ｔａｂｌｅ　１　Ｓｑｕａｒｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｏｆＧＺＯ　ｆｉｌｍｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　Ａ　Ｂ　Ｃ　Ｄ　Ｅ　Ｆ　Ｇ　Ｈ　Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ／Ｗ　８０　９０　１Ｏ０　１１０　１２０　１３Ｏ　ｌ４０　１５Ｏ　Ｆｉｌｍ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ／ｎｍ　１２０　１３０　１４０　１５Ｏ　１６０　１７０　ｌ８Ｏ　１９０　Ｓｑｕａｒｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ／ｘ１０　（Ｄ．／Ｄ）　４０．５　３５．９　３２．８　１２皇　７．１　６．２　４ｌ３　１．７　Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｙｔ／×１０。　ｆＱ－ｃｍ）　４８．６　４６．７　４５．９　１９．２　１１　４　１０．５　７　７　３－２　观察表１可知，当溅射功率增大时，薄膜的电阻率逐渐减小。这表明ＧＺＯ薄膜中电子浓度随溅射功　率增大而增大。也表明单位时间到达基片表面的粒子数增加。较低溅射功率从靶材上轰击出来的粒子具有　较低的能量，使得Ｇａ原子相对较难占据Ｚｎ原子的位置，导致薄膜中电子浓度较低；而当功率提高时，粒　子到达衬底时除了具有较高的能量外，还拥有相对多的粒子，使得占据锌原子格点的镓原子相对增多，从　而提高了薄膜中电子浓度。另一方面薄膜电阻率的降低也说明电子迁移率增大。电子迁移率是指单位场强　下电子的平均漂移速度，它受到外电场、散射和晶粒间隙等因素的影响，外电场一定时，散射和晶粒间隙　决定了电子迁移率的大小。从图１（ｂ）中可以观察到，溅射功率增大所形成的薄膜晶粒尺寸增大，晶粒间隙　明显减少，在所测量的放大倍数下薄膜为一张粒子连续分布的薄膜，这就大大降低了电子迁移的阻碍，从　而使载流子迁移率相对低溅射功率时增大。　２．３溅射功率对ＧＺＯ薄膜光学性能的影响　图２显示ＧＺＯ薄膜透过率随溅射功率变化的曲线。图２（ａ）显示ＧＺＯ薄膜的透过率在所测量的波长范　围内分为两部分：３５０￣３８０　ｎｌＴｌ范围内的紫外光吸收部分和３８０－８００　ｎｍ范围内的可见光范围透过部分。吸　收率随功率增大逐渐增大，如图２（ｂ）所示。随着溅射功率的增大，吸收边向长波方向移动，出现这种现象　的原因是：当溅射功率增加时，制备的薄膜的晶粒尺寸变大。根据Ｂｒｕｓ公式可知当晶粒尺寸变大时，会出　现吸收边红移的现象，因此随着溅射功率的增加，吸收边向长波方向移动。我们还观察到溅射时间为１２０ｍｉｎ　时得到的薄膜的色彩随溅射功率的变化而发生变化。８０￣１　１０　Ｗ制备的薄膜呈现淡黄色，由于互补色的原因，　此时的薄膜让４５０～４８０　ｒｉｍ范围内光透过，所以从图２（ａ）可见此薄膜在４５０～４８０　ｒｉｍ范围内光透过率接近　１００％；１２０　Ｗ和１３０　Ｗ制备的薄膜呈现淡蓝色，互补色位于５８０～６１０　ｎｍ范围内，此范围薄膜的透过率也　达到１００％，１４０　Ｗ和１５０　Ｗ制备的薄膜呈现淡紫色，互补色位于５６０～５８０　ｎｍ范围内，此范围薄膜的透　过率也达到１００％。而且从图２（ａ）中我们可以观察到在３８０～８００　ｎｍ波长范围内，８０—１　１０　Ｗ制备的薄膜具　有相似的透过率，１２０　Ｗ与１３０　Ｗ制备的薄膜具有相似透过率，１４０　Ｗ与１５０　Ｗ制备的薄膜具有相似透过　率，但是三组图形差别较大，这些现象与薄膜厚度有关。首先薄膜透过率中出现波峰波谷是由光的干涉引　起的，当光垂直入射时，相邻两束光之间的光程差△，可利用式（２）得到，其中ｎ为薄膜折射率，ｈ为薄膜厚　度。相邻光线之间的位相差　可以式（３）得到，其中　为光的波长。当ｃｏｓ６取得极小值时，透射光强取得最　小值；当ｃｏｓ６取得极大值时，透射光强取得最大值。同时由于光的干涉引起的光的增强与减弱也造成了薄　膜颜色的不同。　Ａｌ＝２ｎｈ　（２）　２ｈ　Ａｌ４ｎｎｈ　：＿：＿－（３）　　，，　１０２　光电工程　２０１１年１２月　从图２（ｂ）中显示在３００－３５０　ｎｍ波长范围内，薄膜的透过率随溅射功率的增大而逐步降低。除了Ｌａｍｂｅｒ　定律所指出透明介质吸收光与介质的等厚层光程成比例外。等厚光程并非是如此之低的透过率的主要因素。　∞　如　加　加　０　我们认为氧化锌分子共振频率位于这一波长范围，这是分子共振吸收所造成的结果。因为随溅射功率逐渐　变大，基片上所能沉积的粒子数越来越多，制备的薄膜厚度也越来越大，薄膜对光的吸收就会由于共振分　子数和等厚层的增加而增加。表２给出了ＧＺＯ薄膜在此波长范围内的平均透过率，薄膜的平均透过率随　溅射功率的增大先增大后降低。　１００　。　￡　６ｏ　鼋　４。　２。　３００　３２０　３４０　３６０　３８０　４００　３００　４００　５００　６００　７００　８００　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ　Ｗａｖｅ１ｅｎｇｔｈ／ｎｍ　Ｌ　Ｊ　ｆｂ１　图２　ＧＺＯ薄膜的透过率随溅射功率的变化　（ａ）入射光波长３００￣４００　ｎｍ；Ｃｏ）入射光波长３００￣８００　ｎｍ　Ｆｉｇ．２　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ　ｏｆｏｐｔｉｃａｌ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ　ｏｆｔｈｅ　ＧＺＯ　ｉｌｆｍｓ　ｏｎ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　（ａ）Ｔｈｅ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｒａｎｇｅ　ｉｎ　３００￣４００　ｎｍ；（ｂ）Ｔｈｅ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｒａｎｇｅ　ｉｎ　３００￣８００　ｎｍ　表２不同溅射功率下制备的ＧＺＯ薄膜在３８０～８００　ｒｉｍ波长范围内的平均透过率　Ｔａｂｌｅ　２　Ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ　ｏｆ　ＧＺＯ　ｆｉｌｍｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｏｎ　ｈｅ　ｔｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　！！　！　！　Ａｖｅｒａｇｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｎｃｅ　ａ８９．６　９１．０　９２．８　！　９３．２　９３．１　！　９２．７　９１．２　８９．０　可以用光学吸收系数确定材料的禁带宽度值，光学吸收系数　值可以由下式确定：　ｄ・ｎ　ｆ１一Ｒ、　（４）　、　其中：　和Ｒ分别是薄膜的透过率和反射率，ｄ是薄膜的厚度。在ＺｎＯ薄膜中吸收系数　与光子能量Ｊｉｚｖ存　在如下关系：　ａ（ｈ　）　Ａ（ｈ　—　）　（５）　其中：　是常数，矗ｖ是光子能量，　是材料的禁带宽度。将ａ（ｈｖ）　与　ｖ的关系曲线的线性部分拟合延长至　ａ（ｈｖ）　＝０处，得到的横轴截距即为材料的禁带宽度。表３给出了不同溅射功率下制备的ＧＺＯ薄膜的禁带宽　度的值，本实验中制备的薄膜的禁带宽度值随着溅射功率的增大先增大后降低。Ｂｕｒｓｔｅｉｎ．Ｍｏｓｓ效应指出半　导体的费米能级进入导带将导致带隙的展宽。本实验中溅射功率增大时，薄膜中载流子浓度将增大，将导　致材料的费米能级进入导带，因此溅射功率在８０～ｌ　１０　Ｗ范围内增大时制备的薄膜禁带宽度变大。而溅射　功率继续增大时出现了薄膜禁带宽度降低的现象，出现这种现象的原因可能是与薄膜中Ｇａ含量的变化有　关。叶志镇等　在实验中发现利用Ｇａ含量为质量分数３％的靶材制备ＧＺＯ薄膜时，发现薄膜中Ｇａ实际含　量为６．２％。而Ｇａ含量的变化直接影响了薄膜的分子量Ｍ，Ｓａｄａｏ　Ａｄａｃｈｉ［４１拟合出ＩＩ－Ⅵ族半导体的最小直　接带隙宽度　与分子量Ｍ之间满足关系式（６），因此出现了禁带宽度降低的现象。　Ｅ　＝２０．５ｌ一３．７２ｌｎＭ　（６）　第３８卷第１２期　刘辉等：溅射功率对镓掺杂氧化锌薄膜光电性能的影响　１０３　表３不同溅射功率下制备的ＧＺＯ薄膜的禁带宽带　Ｔａｂｌｅ　３　Ｂａｎｄｇａｐ　ｏｆＧＺＯ　ｉｆｌｍｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　３　结　论　本文利用ＲＦ磁控溅射工艺成功制备了ＧＺＯ薄膜，在制备的薄膜厚度小于２００　ｎｌＴｌ情况下，利用电学　和光学测试手段对不同溅射功率下薄膜进行了测试并对测试结果进行了分析。得到的薄膜最低电阻率为　３－２×１０之Ｑ・ｃｍ，此时薄膜在可见光区的平均透过率为８９％。实验结果表明：溅射功率增大时，薄膜结晶质　量变好，品粒尺寸变大。薄膜的电阻率随着溅射功率的提高而下降。薄膜在入射光波长在３００￣３５０　ｎｌＴｌ范　围内平均透过率随着溅射功率的提高而降低；在３５０￣３８０　ｎ／／１范围内，薄膜透过率吸收边向长波方向移动；　在３８０－８００　ｎｌＴｌ范围内，薄膜的平均透过率均大于８９％，薄膜的禁带宽度随溅射功率的增大先增大后降低。　参考文献：　［１］Ｃｈｕｎｇ　Ｊ　Ｉ，Ｃｈｅｎ　Ｊ　Ｃ，Ｔｓｅｎｇ　Ｃ　Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＴｉＯ２一ｄｏｐｅｄ　ＺｎＯ　Ｆｉｌｍｓ　Ｐｒｅｐａｒｅ　ｂｙ　Ｒａｄｉｏ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ　Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄｓ（Ｓ００２２—３６９７），２００８，６９：５３５—５３９．　［２］李远洁，李金逵，胡晓芬．射频溅射功率密度对Ｇａ：ＺｎＯ透明导电薄膜性能的影响［Ｊ】．西安交通大学学报，２０１０，４４（８）：　５８—６２．　ＬＩ　Ｙｕａｎ－ｊｉｅ，ＬＩ　Ｊｉｎ－ｋｕｉ，ＨＵ　Ｘｉａｏ—ｆｅｎ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｓｐｕｔｔｉｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｎ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｇａ—ｄｏｐｅｄ　ＺｎＯ　Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｇｒｏｗｎ　ｂｙ　Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｐｕｔｔｅｎｉｎｇ【Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＸｉ　ａｎ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１０，４４（８）：５８—６２．　【３】叶志镇，吕建国，张银珠，等．氧化锌半导体材料掺杂技术与应用［Ｍ］．杭州：浙江大学出版社，２００９：２１卜２１３．　［４］ＳａｄａｏＡｄａｃｈ．１Ｖ，ＩＩＩ．Ｖ和ＩＩ．Ⅵ族半导体材料的特性［Ｍ】．季振国，译．北京：科学出版社，２００９：３１８—３１９．　［５］章铭亮，李竹影，孙存楼．掺铟ＴｉＯ２薄膜的性能研究［Ｊ］．海军工程大学学报，２００８，２０（增－Ｖｂ：６０—６４．　ＺＨＡＮＧ　Ｍｉｎｇ—ｌｉａｎｇ，ＬＩ　Ｚｈｕ—ｙｉｎｇ，ＳＵＮ　Ｃｕｎ—ｌｏｕ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆｉｎ—ｄｏｐｅｄ　ＴｉＯ２　ｉｆｌｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＮａｖａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙｔ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，２０（ｓｕｐ）：６０—６４．　【６】李竹影，宋玉苏，罗珊．氧化钨薄膜电致变色机理的探讨［Ｊ］．海军工程大学学报，２００６，１８（６）：３６—３８．　ＬＩ　Ｚｈｕ—ｙｉｎｇ，ＳＯＮＧ　Ｙｕ—ＳＵ，ＬＵＯ　Ｓａｎ．Ｓｕｒｖｅｙ　ｏｆｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆｔｕｎｇｓｔｅｎ　ｏｘｉｄｅ　ｔｈｉｎ　ｉｆｌｍ［Ｊ】．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＮａｖａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙｔ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，１８（６）：３６—３８．　［７］Ｃｈｅｏｎｇ　Ｋ　Ｙ，Ｍｕｔｉ　Ｎ，Ｒａｍａｎａｎ　Ｓ　Ｒ．ＥＬｅｃｔｉｒｃａｌ　ｎａｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｆＺｎＯ：Ｇａ　Ｔｈｉｎ　ｉｆｌｍｓ　ｍｅａｒｓｕｒｅｄ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｖｉａ　ｔｈｅ　ｓｏｌ—ｇｅｌ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．Ｔｈｉｎ　Ｓｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍ（Ｓ００４０—６０９０），２００２，４１０（７）：１４２—１４６．　［８］Ａｂｄｕｅｖ　Ａ　Ｋ，Ａｋｈｍｅｄｕｖ　Ｙ　Ｉ，Ａｓｖａｒｏｖ　Ａ　Ｓ，ｅｔ　ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｇｒｏｗｔｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｇａｌｌｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ　ＺｎＯ　ｉｆｌｍｓ［Ｊ］．Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（Ｓ１５６３—４７９５），２０１０，４４（１）：３２—３６．　［９】Ａｈｎｂ　Ｄ，Ｋｉｍ　Ｊ　Ｈ，Ｋａｎｇ　Ｈ　Ｓ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ　ｓｔａｂｌｅ，ｈｉｇｈｌｙ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ，ａｎｄ　ｔｒｎａｓｐａｒｅｎｔ　Ｇａ・ｄｏｐｅｄ　ＺｎＯ　ｍｉｎ　ｉｆｌｍｓ【Ｊ］．Ｔｈｉｎ　Ｓｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍ（Ｓ００４０—６０９０），２００８，５１６（７）：１３８２—１３８５．　［１０］Ｐａｒｋ　Ｙ　Ｊ，Ｋｉｍ　Ｈ　Ｎ，Ｓｈｉｎ　Ｈ　Ｈ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ　ｏｆ　Ｇａ—ｄｏｐｅｄ　ＺｎＯ　ｔｈｉｎ　ｉｆｌｍｓ　ｏｎ　ｇｌａｓｓ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｓｐｕ￣ｅｒｉｎｇ　ｍｅｔｈｅｄ［Ｊ］．Ａｐｐｌ　ＳｕｒｆＳｃｉ（Ｓ０１６９—４３３２），２００９，２５５（１７）：７５３２－７５３６．　［１１］周骏，金嫦香，张飞雁，等．ＤＮＡ　ＣＴＭＡ薄膜制备及其光电特性表征［Ｊ］．光电工程，２００９，３６（８）：２７—３２．　ＺＨＯＵ　Ｊｕｎ，ＪＩＮ　Ｃｈａｎｇ—ｘｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｆｅｉ—ｙａｎ，ｅｔ　ａ１．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｈｏｔｏ—ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＤＮＡ—ＣＴＭＡ　Ｆｉｌｍ［Ｊ］．　Ｏｐｔｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，３６（８）：２７—３２．