本文介紹了我們?nèi)A林科納采用射頻磁控濺射系統(tǒng)，在襯底溫度為275°C的氬氣氣氛下，在玻璃襯底上制備了氧化鋅薄膜，將沉積的氧化鋅薄膜在稀釋的鹽酸中蝕刻，制備出表面紋理的氧化鋅。研究了合成膜的形貌、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)對(duì)蝕刻劑濃度的影響，得到了具有良好捕光特性的高效表面紋理氧化鋅薄膜。

通過(guò)射頻磁控濺射系統(tǒng)(ULVAC MB06-4703)在275℃的襯底溫度下在玻璃襯底上制備一系列ZnO膜，玻璃襯底的尺寸為25.4×25.4×2mm，靶是純度為99.995 %的ZnO圓盤(2英寸直徑)，靶和基底之間的距離大約為10厘米，靶在高純氬(99.999 %)和氮(99.999 %)等離子體中濺射，在沉積之前，將基底在肥皂溶液中清洗，浸入丙酮和乙醇溶液中，并在用蒸餾水沖洗后在超聲波浴中清洗10分鐘，然后在應(yīng)用沉積之前，在50℃的烘箱中干燥襯底30分鐘。用射頻磁控濺射系統(tǒng)(ULVAC MB06-4703)在玻璃襯底上制備了一系列ZnO薄膜，濺射室裝有旋轉(zhuǎn)葉片泵和渦輪泵，在兩小時(shí)的泵送時(shí)間后，該室被抽空至1.2×10-3Pa的基礎(chǔ)壓力。在應(yīng)用沉積之前，濺射清洗ZnO靶和襯底以去除氧化物和污染物，對(duì)于所有制備的樣品，在約2×10-1Pa的操作壓力下沉積ZnO薄膜，持續(xù)時(shí)間為60分鐘。

在這項(xiàng)工作中，ZnO薄膜的厚度是由表面輪廓儀(KLA Tencor P16)測(cè)量的，為了獲得薄膜厚度，在沉積之前將小膠帶放置在基底上，以在樣品表面獲得臺(tái)階，在樣品表面的不同點(diǎn)測(cè)量臺(tái)階高度，薄膜厚度取這些值的平均值，將所制備的薄膜在濃度為0.01-0.05m的稀鹽酸中腐蝕30秒，化學(xué)腐蝕后ZnO薄膜的厚度約為560 nm，本文研究了鹽酸濃度對(duì)ZnO薄膜的形貌、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)的影響。采用原子力顯微鏡技術(shù)研究了氧化鋅薄膜的顯微結(jié)構(gòu)和表面形貌。蝕刻的氧化鋅薄膜的典型AFM圖像如圖1所示。

用0.0M、0.01M、0.03M和0.05M的鹽酸蝕刻氧化鋅薄膜的表面粗糙度（均方根）分別為5.03nm、5.08nm，分別為5.22nm和5.38nm，紋理氧化鋅膜的表面粗糙度隨著鹽酸濃度的增加而增加，薄膜表現(xiàn)出帶有環(huán)狀團(tuán)簇的細(xì)多晶顆粒，結(jié)果表明，薄膜具有高度致密的性質(zhì)。采用x射線衍射(XRD)檢測(cè)了氧化鋅薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)先取向，并進(jìn)行掃描，所有的氧化鋅薄膜的XRD光譜都非常相似，氧化鋅薄膜的典型XRD光譜如圖2所示。

薄膜在（002）方向上顯示出強(qiáng)峰，表明多晶六角體晶體結(jié)構(gòu)具有優(yōu)先的c軸取向，在多晶六邊形結(jié)構(gòu)中，排列最緊密、自由表面能最低的是（002）平面，這將有利于晶粒在方向上的生長(zhǎng)，利用謝勒方程可以從XRD譜中確定氧化鋅薄膜的粒徑，另一個(gè)與（004）方向相對(duì)應(yīng)的低強(qiáng)度峰，表明薄膜具有c軸垂直于基底的首選取向。

光譜橢偏法被廣泛用于測(cè)定薄膜的光學(xué)性質(zhì)，在本工作中，使用珀金埃爾默的雙光譜儀Lambda750進(jìn)行了透射光譜測(cè)量，使用裝有積分球的掃描分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)將測(cè)試樣品放置在球體的入口，透射光進(jìn)入球體，球體收集所有通過(guò)樣品的光，以獲得總的透射率。對(duì)于漫射透過(guò)率的測(cè)量，在積分球上有一個(gè)孔，因此不采集直接通過(guò)樣品的光，蝕刻的氧化鋅薄膜在300-1200nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的總透射率光譜。

在所研究的鹽酸濃度下，腐蝕后的ZnO薄膜的平均透過(guò)率沒有明顯的變化，該薄膜在300-1200納米波長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均透射率為76 %,在400-800納米可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射率增加了83 %，表面織構(gòu)化氧化鋅薄膜的光散射可由漫透射率來(lái)評(píng)估。

不同鹽酸濃度下蝕刻的氧化鋅薄膜在300-1200nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的漫射透過(guò)率的光譜，隨著鹽酸濃度的增加，表面紋理氧化鋅薄膜的漫射透過(guò)率顯著增加，可以看出，當(dāng)濃度為0.05M時(shí)，氧化鋅薄膜在可見波長(zhǎng)內(nèi)的平均漫射率增加到9.52%，而已沉積的氧化鋅薄膜的平均漫射率僅為0.51%嗎，這表明表面紋理的氧化鋅通過(guò)濕化學(xué)蝕刻過(guò)程可以顯著改善氧化鋅薄膜的光散射。

利用EcopiaHMS-300系統(tǒng)，通過(guò)霍爾效應(yīng)測(cè)量，研究了表面紋理的氧化鋅薄膜的電學(xué)性能，表面紋理氧化鋅薄膜的電阻率和霍爾遷移率隨鹽酸濃度而變化，隨著鹽酸濃度從未處理增加到0.05M，薄膜的電阻率從5.84x10-2厘米減少到1.10x10-3厘米，隨著鹽酸濃度從0.0M增加到0.05M，霍爾遷移率從4.66cm2/VS增加到14.6cm2/VS，電阻率的降低是由于結(jié)晶程度和取向[15]的增加，這導(dǎo)致遷移率的增加。隨著鹽酸濃度從未處理增加到0.05M，載流子濃度從1.33x10-19cm-3增加到4.31x1020cm-3，衍射峰強(qiáng)度的增加以及峰的縮小，即隨著鹽酸濃度的增加，峰的半最大值(FWHM)全寬減小，表明薄膜的結(jié)晶度提高。

研究了用鹽酸蝕刻的氧化鋅薄膜的形貌、光學(xué)和電學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鹽酸濃度對(duì)改變氧化鋅薄膜的形貌、光學(xué)和電學(xué)性能起著重要的作用，紋理氧化鋅薄膜隨著鹽酸濃度的增加，表面粗糙度增加，從而產(chǎn)生光散射，從而有利于光捕獲，增強(qiáng)光的吸收，隨著鹽酸濃度從未處理增加到0.05m，氧化鋅薄膜的電阻率從5.84x10-2厘米降低到1.10x10-3厘米，本研究表明，通過(guò)化學(xué)蝕刻引入紋理表面，可以顯著提高氧化鋅薄膜的光散射和電阻率。

　　審核編輯：湯梓紅