溶胶-凝胶法制备氧化锌薄膜的研究

阮兴祥，房慧*，黄灿胜，张富春，张威虎，杨延宁

（1广西民族师范学院物理与电子工程学院，广西崇左 532200；2延安大学物理与电子信息学院，陕西延安 716000；3西安科技大学通信与信息工程学院，陕西西安 710054）

溶胶-凝胶法制备氧化锌薄膜的研究

阮兴祥1，房慧1*，黄灿胜1，张富春2，张威虎3，杨延宁2

（1广西民族师范学院物理与电子工程学院，广西崇左 532200；2延安大学物理与电子信息学院，陕西延安 716000；3西安科技大学通信与信息工程学院，陕西西安 710054）

采用溶胶-凝胶法在锌片和硅片表面制备氧化锌薄膜。采用XRD、SEM等分析测试手段对比了不同的配置比和衬底对氧化锌薄膜的相组成和显微形貌的影响。实验结果表明：与Si片相比，Zn片衬底对样品的衍射峰幅度产生一定的影响；所制备出来的样品都在衍射角2θ＝34.4°附近出现衍射峰；当Zn2+浓度不同时，得到的ZnO薄膜的形貌不同。

薄膜；氧化锌；溶胶-凝胶法

0 引言

氧化锌作为第三代半导体材料，与氮化镓一起具有近似的禁带宽度和晶格常数，并且相对于GaN来说，ZnO具有更高的激子束缚能和熔点，具有优异的热稳定性、机电耦合性等。另外，ZnO薄膜制备出来较容易且该薄膜的外延生长所需要的温度较低，所以ZnO薄膜在太阳能电池、紫外探测器、光发光二极管等方面具有广泛的应用[1-2]。目前，有很多方法被用于制备ZnO薄膜，例如：化学气相沉积法、分子束外延法、溶胶-凝胶法等。在这些方法当中，溶胶-凝胶法由于具备合成温度低、成分可控、工艺简单等优点而成为制备ZnO薄膜的最常用方法之一[3]。所以，本文就采用溶胶-凝胶法分别在硅片衬底和锌片衬底上制备ZnO薄膜，结合XRD、SEM对ZnO形貌进行表征，并对其特性进行了分析。

1 实验内容

1.1 溶胶的制备

首先将无水乙醇倒入到装有硅片和锌片的烧杯中超声清洗30分钟以去除衬底表面的杂质，然后用丙酮和四氯化碳体积为1:1的混合溶液超声清洗30分钟以去除油脂，然后用无水乙醇反复清洗15分钟，最后用去离子水清洗。清洗完之后，取出硅片和锌片，放入玻璃器皿中，抛光面向上，依次摆开，放入烘箱中烘干。向乙酸锌中滴加乙二醇甲醚至40mL，然后在磁力搅拌器中搅拌一段时间后滴加与乙酸锌等摩尔比的乙醇胺作为稳定剂至溶液变为澄清，将配置好的溶液放入烘箱中调制温度为60℃，若干小时后，配置的胶体溶液下降至25mL左右即可拿出。

1.2 薄膜的制备

采用旋转涂覆工艺进行镀膜。将洁净的衬底置于甩胶机的载物台上并将衬底固定好，将胶体溶液用滴管滴到衬底上，然后以一定的速度旋转将胶体溶液摊开，使其在衬底上均匀分布，得到ZnO系列凝胶膜。将得到的凝胶膜放在烘箱中进行10~15分钟的预热处理。最后，重复4次上述过程，从而获取所需膜的厚度。

经过预热处理后的ZnO系列薄膜在高温下进行退火。将镀上薄膜的衬底放入马弗炉中从室温随炉温升温，然后在550~750℃温度下保温，最后随炉自然冷却至室温，得到ZnO薄膜衬底。

1.3 前驱体溶液的配置

用电子分析天平称出乙酸锌的质量和等摩尔浓度的六次甲基四胺的质量。然后配置60mL的乙酸锌溶液和40mL的六次甲基四胺溶液。将以上两种溶液分别在磁力搅拌器中搅拌至两种溶液完全溶解，然后将六次甲基四胺溶液倒入到乙酸锌溶液中继续搅拌至两种溶液充分反应。然后在混合溶液中取出10mL至量筒中，清洗量筒和玻璃棒，然后分别在量筒中倒入35mL的混合溶液，把这35mL的混合溶液倒入放有镀过膜衬底（抛光面朝上）的高压反应釜中，拧紧反应釜盖，放入烘箱中设置时间为3小时，温度为90度。待3个小时后，将反应釜从烘箱中取出，放到桌面上，大约1.5小时降至常温。然后，拧开反应釜盖子，用大镊子把衬底取出放到装有去离子水的烧杯中清洗，然后放到滤纸上吸干水分，最后放到玻璃器皿中保存。

1.4 薄膜的表征

图1 ZnO薄膜的XRD图谱

图1 为部分样品XRD图谱。图1(a)(乙酸锌1.7560g，0.08mol/L, NaOH 6.72g, 1.68mol/L)和(b)(乙酸锌0.6586g, 0.03mol/L,六次甲基四胺0.4201g,0.03mol/L)为在Zn片上生长ZnO薄膜，(c)(乙酸锌1.7561g, 0.08mol/L, 六次甲基四胺1.1202g, 0.08mol/L)和(d)(乙酸锌2.195g, 0.10mol/L, 六次甲基四胺1.4g, 0.10mol/L)为在Si片上生长ZnO薄膜。从上述图中可以看出，所制备样品都在衍射角附近出现衍射峰。对比纯ZnO晶体的JCPDS标准谱图可知，在附近的衍射峰为ZnO晶体(002)晶面衍射峰。这表明，所有样品均具有垂直衬底的c轴择优取向和较好的结晶性能。图2为部分样品的形貌。

图2 ZnO薄膜的SEM照片

2 结论

与Si片相比，Zn片衬底对样品的衍射峰幅度产生一定的影响；所制备出来的样品都在衍射角附近出现衍射峰；当Zn2+浓度不同时，得到的ZnO薄膜的形貌不同。

[1]李彤，介琼，张宇等. NiO/ZnO薄膜太阳能电池的研究进展[J].材料导报. 2013，7：136-139

[2]裴娟，韩亚楠. Zn/ZnO纳米线电极的制备及其在柔性杂化太阳电池中的作用[J]. 河北科技大学学报，2014,35（6）：543-547

[3]ZNAIDI L. Sol-gel-deposited ZnO thin films: A review[J]. Materials Science and Engineering B, 2010, 174(1/2/3): 18-30

罗德与施瓦茨公司在NAB2017展会上荣获NewBay表现大奖

R&S PRISMON是一款对视音频业务进行多画面监看、监测的产品。在此次NAB2017展会上，TV Technology组织授予这款产品NewBay表现奖。NAB是世界性的广播电视展览会，内容涉及融合媒体、娱乐产业、影视技术等各个方面。每一年，罗德与施瓦茨公司都会参加NAB展会，同时向业界展示公司最新的技术、产品和解决方案。

此次获奖的R&S PRISMON是一款完全基于软件，同时创新的支持各种多标准、多协议的监测产品。它既可以支持传统的SDI信号，也可以支持最新的基于IP接口的各种协议，包括MPEGDASH, AIMS, ASPEN的业内主流标准。未来的一些新的协议和媒体格式，也可通过软件升级的方式轻松完成，这也使得R&S PRISMON成为广播电视运营商、流媒体服务提供商等可选择的高性价比的监测解决方案。

NewBay的表现奖是TV Technology组委会召集专业的工程师以及业内专家，综合参选产品在创新性、功能设计、性价比、产品性能等作出评估的。

NewBay奖项的获奖产品也将有机会在TV Technology获得重点展示和宣传的机会。TV Technology是广播电影电视界的权威媒体，服务包括广播、有线电视、节目制作、后期制作以及新媒体等众多细分行业。

Study on Preparation of Zinc Oxide Thin Films by Sol-Gel Method

Ruan Qingxiang1,Fang Hui1,Huang Cansheng1,Zhang Fuchun2,Zhang Weihu3,Yang Yanning2
(1. College of physics and electronic engineering, Guangxi normal university ,Chongzuo Guangxi,532200;2 Yan' an university college of physics and electronic information ,Yan’an Shaanxi,716000;3.Communication and information engineering college of Xi' an university of science,Xi’an Shaanxi,710054)

The zinc oxide film was prepared on the surface of zinc sheet and the surface of silicon wafer by sol-gel method. The effects of different configuration ratio and substrate on the composition and microstructure of zinc oxide thin films were compared by XRD and SEM. The experimental results show that the Zn-based substrate has a certain effect on the diffraction peak amplitude of the samples compared with Si films. The prepared samples have diffraction peaks near the diffraction angle of 2θ＝34.4°. When the Zn2+concentration is different, the morphology of ZnO thin films is different

film; zinc oxide; sol-gel method

阮兴祥（1988-），男，教师，硕士，从事信息处理与信息材料研究。

广西自然科学基金（2015GXNSFBA139014）；2017年度广西高校中青年教师基础能力提升项目（2017KY0831）；广西民族师范学院校级科研项目（2016QN002）；广西民族师范学院中青年骨干教师科研启动项目；（2014RCGG001）；广西民族师范学院科研项目（XYYB2011025）*为通信作者。