臭氧辅助 ALD 生长氧化锌 (ZnO) 薄膜

臭氧辅助 ALD 生长氧化锌 (ZnO) 薄膜

实验设置：

研究人员使用ALD 设备，该设备包括电源箱、臭氧发生器、粘性流反应腔、前级泵、冷水系统、空气压缩机和计算机控制等组成。实验所需的材料包括液氮、n 型 Si (30 mm × 10 mm)、ALD 前驱体源，其中锌源采用二乙基锌 (DEZ)，氧源采用臭氧。载气和清洗气体选择高纯氮气。实验过程中，未通入气体时反应腔室内固定压强为 40 Pa。

操作流程：

基底预处理：将 n 型 Si 衬底依次用去离子水、乙醇、浓硫酸和过氧化氢清洗，确保表面清洁。

系统抽真空：将反应腔室抽至真空状态，确保系统内无杂质。

设置工艺参数：腔室内温度为 473 K，载气体积流量为 120 cm³/min。

前驱体循环：采用 300 次前驱体循环制备理论厚度为 50 nm 的 ZnO 薄膜。前驱体循环顺序为先通入 DEZ 再通入臭氧，DEZ 通气时间分别为 80、150 和 300 ms，臭氧通气时间均为 150 ms，两个相邻前驱体通气之间使用 N₂对反应腔室进行清洗，时间为 6 s。

薄膜退火：沉积完成后，将样品在氧气气氛中退火，提高薄膜的结晶度。

效果分析：

研究人员通过原子力显微镜 (AFM) 与扫描电子显微镜 (SEM) 对薄膜进行了表征，研究了不同二乙基锌通气时间下 ZnO 薄膜的表面形貌和厚度均匀性。结果表明：前驱体通气时间对薄膜质量有显著影响。前驱体通气时间越长，前驱体在整个反应腔室内的分布越均匀。在通气时间为 300 ms 时，二乙基锌可以均匀地分布在反应腔室内。随着二乙基锌通气时间的增加，薄膜的粗糙度呈现下降的趋势。在二乙基锌通气时间为 300 ms 时，样品粗糙度为 3.52 nm，表明薄膜表面质量得到明显改善。

随前驱体通气时间的增加，薄膜厚度也会有所增加，生长的薄膜也更加致密、均匀。

优势总结：

臭氧作为氧源，与二乙基锌前驱体反应，在较低温度下即可实现高质量 ZnO 薄膜的生长。

ALD 技术的自限制特性确保了薄膜的均匀性和厚度控制精度，结合臭氧的高效氧化能力，可制备出高质量的 ZnO 薄膜。

该工艺简单、可控性强，适用于大规模生产和复杂结构的薄膜沉积。