在nsipsi上氧化锌铝薄膜的电沉积研究毕业设计论文Word文件下载.docx
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ThisthesisisexperimentalstudyofZn(NO3)2.6H2OandAl(NO3)3.9H2Oasrawmaterials,inconstanttemperature90℃environmentUSESelectricitydepositioninn-Si、p-Sisurfacezincoxidealuminumfilmdepositionexperimentalstudies.Studythedifferentproportion,theexperimentrawpotentialandexperimentoftimethesefactorsofformationandaluminumoxidethinfilmdepositioninfluence.Becausen-Si、p-Sicostrelativelyexpensive,toensurethattheexperimentresearch,theresearchresultscouldcomebyfirstconductiveglassasbase,ITOadvanceexperimentalstudymaterialsatdifferentratio,experimentalpotential,experimentaltimethesefactorsontheformationofzincoxidealuminumfilmandsedimentaryinfluence.OptimaltakecorrelativefactorsontheexperimentalanalysisZAOinn-Si、p-Siondeposition.
Keywords:
TransparentconductivefilmZAOn-Si、p-SiElectricaldeposition
摘要……………………………………………………………………………………………..1
Abstract…………………………………………………………………………………………2
1前言
1.1本论文研究的目的和意义
氧化锌具有六角纤锌矿的晶体结构,是一种直接带隙的宽禁带半导体材料,室温下的带隙宽度为3.3eV,激子束缚能高达6meV。
氧化锌系薄膜具有良好的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏性等性质,且易于与多种半导体材料实现集成化。
因此,在平面显示器、太阳能电池透明电极、压敏元件、气敏元件等光电子器件领域有着广阔的应用前景。
由于这些优异的性质,使其具有广泛的用途和许多潜在用途。
掺铝氧化锌又是对透明导电薄膜要求目前效果最好的氧化锌系薄膜。
ZAO薄膜与硅IC兼容,有利于现代器件集成化,代表着现代材料的发展方向。
是一种在高新技术领域及广泛的民用领域极具发展潜力的薄膜材料。
目前作压电薄膜已在压电传感器和声表面波器件领域进入实用化阶段。
作为极好的透明电极材料,主要用于太阳能电池。
它比目前所用的氧化铟锡(ITO)和二氧化锡透明导电薄膜来说生产成本低、无毒、稳定性高(特别是在氢等离子体中),因而有代替ITO等材料的趋势,对促进廉价太阳能电池的发展具有重要意义。
就冶金学特点而言,由于铟是稀散贵金属元素。
主要来源是锌冶炼烟尘中富集物。
由于现在液晶显示器件等大量使用ITO作透明电极材料,势必引起铟的不断消耗,带来铟价上涨。
而锌与铝的矿产资源丰富,价格低廉,ZAO薄膜是极具开发前景的ITO替代材料。
本论文所做的实验研究就是用电沉积法在n-Si、p-Si上做出表面的(即均匀的)透明ZAO薄膜,讨论并研究各因素给实验带来的影响。
ZAO薄膜能作为一种n型半导体。
利用它的优秀的透明导电性能与硅IC兼容,还有n-ZAO/p-Si的PN结性能等等,能在集成电路上、在硅整流器上能运用其很好的半导体性能,用于工业生产。
希望能给未来的ZAO薄膜与硅IC兼容的工业化生产和发展提供一种前瞻性的帮助和实验的依据。
2文献综述
2.1薄膜技术的发展
2.1.1薄膜技术的发展过程
薄膜的历史可以追溯到一千多年以前,距今己经过了漫长的历史。
据说,最初发明电池的阿拉伯人,己能利用他们制作的电池制取电镀金属膜。
古时候,专门电镀的贵金属薄膜大都用于装饰品。
18世纪以后才从科学或物理学的角度研究薄膜。
对薄膜进行正式的研究是从19世纪初开始的,直到19世纪中叶,电镀法、化学反应法、真空蒸镀法等相继问世,所谓固体薄膜的制造技术才逐步形成。
自20世纪70年代以来,薄膜技术得到突飞猛进的发展,无论在学术上还是在实际应用中都取得了丰硕的成果。
薄膜技术和材料己经成为当代真空技术和材料科学中最活跃的研究领域,在新技术革命中具有举足轻重的作用。
薄膜技术、薄膜材料、表面科学相结合推动了薄膜产品的全方位开发与应用。
从工艺上讲,各种新的成膜方法不断涌现,传统工艺的水平也大大提高。
传统的镀膜,已经从单一的真空蒸镀发展到包括蒸镀、离子镀、溅射镀膜、化学气相沉积、分子束外延、液相生成等在内的成膜技术,以及薄膜沉积过程监测控制、薄膜监测、薄膜应用在内的内容十分丰富的薄膜技术。
在工艺上有许多重大突破的同时,伴随有各种类型的新材料的开发、新功能的发现。
所有这些都蕴藏着极大的发展潜力,并为新的技术革命提供可靠的基础。
现在薄膜技术和薄膜材料除大量用于电子器件和大规模集成电路之外,还用于制磁性膜及磁记录介质、绝缘体、电解质膜、压电膜、光学膜、光导膜、超导膜、传感器膜、耐磨、抗蚀、滋润滑膜、装饰膜以及各种特殊需要的功能膜。
随着科学技术的发展,各种特殊用途对薄膜材料提出了各种各样的要求。
从尺寸讲,厚度从几十埃到几十微米,长度从纳米、微米级到成千上万米,有的要求样品表面尺寸稳定,有的要求严格控制厚度;
从成分讲,包括金属、合金、非金属、半导体、化合物、陶瓷、塑料,有些对纯度合金的配比、化合物的组分比有严格的要求;
从膜的结构讲,有多晶的、单晶的、非晶态的、超晶格的、按特定方向取向的、外延生长的;
从表面形貌讲,有的对表面凹凸有极高的要求,如光导膜表面要控制在几个埃之内。
同时有的要求膜层和基体的结合十分牢固,膜层质量高,并对大型零件外形复杂的工件都能均匀涂覆等。
2.1.2薄膜的体系性能及应用
薄膜材料学作为材料科学的一个快速发展的分支,在科学技术以及国民经济的各个领域发挥着愈来愈大的作用。
利用薄膜的光学性质可制成反射涂层、减反涂层、装饰性涂层、光纪录介质、光波导等;
根据薄膜的电学性质可制成绝缘薄膜、导电薄膜、半导体器件、压电器件等;
根据磁学性质可制成磁记录介质;
根据其化学性质可在扩散阻挡层、防氧化或防腐蚀涂层、气体或液体传感器中应用;
利用其力学性能可制成耐磨涂层;
利用其热学性能可制备防热涂层。
2.2薄膜材料的分类
所有固体材料都能制成薄膜型材料,而薄膜是二维的,现在工业上所用的薄膜都是极薄的,从几十纳米到微米级,因此无论是什么薄膜材料强度都很低,需要基片支撑。
薄膜和基片是不可分割的一体,薄膜在基片上生长,它们之间就会有相互作用,薄膜的一面附着在基片上,因此有附着力,并受到约束,又会产生内应力。
附着力和内应力是薄膜极为重要的固有特征。
关于材料的分类,按照其原子的化学性质来分,可分为金属材料、陶瓷材料、有机聚合物材料等。
而按其应用形态来分,则可分为块状(体状)、板状、线状和膜状等类型的材料。
在膜状材料中,又可分为薄膜材料和厚膜材料。
薄膜材料与当代的许多先进科学技术密切相关,所以它的发展非常迅速、应用越来越广泛。
2.2.1导电薄膜
导电薄膜在半导体集成电路和混合集成电路中应用十分广泛,它可用作薄膜电阻器的接触端、薄膜电容器的上下电极、薄膜电感器的导电带和引出端头,也可用作薄膜微带线、元器件之间的互连线,外贴元件和外引线的焊区,以及用于形成肖特基结和构成阻挡层等。
导电薄膜可以按其成分进行分类。
一类是低熔点单元素导电薄膜,即由单一金属所形成的薄膜导体,主要是在集成电路中应用非常广泛的铝薄膜,以及铜、银、金等贵金属导电薄膜。
另一类是复合导电薄膜,即采用不同金属膜所构成的导电薄膜,有二元系统(如铬-金)、三元系统(如钛-铂-金)、四元系统(如钛-铜-镍-金)等。
在薄膜混合集成电路中,复合导电薄膜应用最为广泛,因为复合导电薄膜的综合性能可较好地满足对薄膜导体的要求。
第三类是多晶硅薄膜,采用高掺杂多晶硅薄膜替代铝薄膜作为MOS器件的栅极材料并形成互连导体及在此基础上发展的硅栅N沟道技术,是70年代初集成电路制造工艺中的重要革新。
近20年来,它一直是MOS集成电路的主流工艺。
所以,多晶硅导电薄膜主要在半导体MOS器件中应用。
第四类是高熔点金属薄膜,如W,Mo,等,它主要是为适应256K以上大规模的需要而开发研究的一类导电薄膜。
第五类是金属硅化物导电薄膜,它是利用Si与许多金属可形成导电性化合物这一特性而形成的一类特殊导电薄膜,如WSi2。
这些金属硅化物的电阻率在10-5Ω.㎝范围,比重掺杂多晶硅低两个数量级。
第六类是目前在液晶显示、太阳能电池、防霜玻璃、气敏器件、电致变色器件及面发热体等方面应用十分广泛的透明导电薄膜,其典型代表是氧化锢锡薄膜和掺铝氧化锌薄膜以及SnO2薄膜等。
2.2.2电阻薄膜
按照电阻体材料,电阻器可分为线绕电阻器、金属箔电阻器和非线绕电阻器三类。
非线绕电阻器因其尺寸小,重量轻,成本低,参数范围宽,且适应性广,能制成通用电阻器和各类专用电阻器,因此是目前生产量最大和使用最多的一类电阻器。
非线绕电阻器按电阻体材料又可分为薄膜电阻器和合成电阻器两类。
但是,由于制造合成电阻器电阻体的电阻合成物是由颗粒较大的导电相和介质相构成的,并具有粗分散结构,因此不可能用其制造出电性能满意的电阻器。
而采用电阻薄膜材料制造的电阻体的薄膜电阻器具有很高的稳定性和优良的物理性能。
现代电子技术的发展和电子设备对电阻器性能的要求越来越高,使得人们越来越多地采用薄膜电阻器。
目前,薄膜电阻器在整个电阻器中占有最重要的地位。
现行通用电阻器的阻值范围是从几欧姆至几兆欧姆。
为了在圆柱形和扁平形绝缘基体上制造出具有这样阻值的薄膜电阻器,电阻薄膜材料还必须具有很好的稳定性能和电物理性能,其中电阻温度系数、老化稳定性和耐热性尤为重要。
当然,对于电阻器工业生产来讲,电阻薄膜方便易行的制造工艺也是重要的特点之一。
能满足这些基本要求并得到广泛应用的电阻薄膜有以下几种。
第一类是碳膜,通常是在一定的真空条件下由碳氢化合物经过高温热分解制得的,故又称热分解碳膜。
碳膜的化学稳定性较高,电阻率较大,制造工艺简单。
第二类是金属氧化膜,主要是二氧化锡薄膜。
这种电阻薄膜是用高温水解的方法制得的。
金属氧化膜的耐热性高,化学稳定性好,膜在基体上附着得很牢,机械性能也好。
但是在直流电压作用下易发生电解,使薄膜性能变差。
第三类金属和合金膜,是由金属或合金主要通过真空蒸发或溅射法制备的。
实际上,金属膜或合金膜总是含有一定的金属氧化物等介质相。
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