射频磁控溅射制备氮化锌薄膜的椭圆偏振光谱研究

陈仁刚; 邓金祥; 陈亮; 孔乐; 崔敏; 高学飞; 庞天奇; 苗一鸣

doi:10.7498/aps.63.137701

摘要

在不同的衬底温度下，使用反应射频磁控溅射法，在玻璃衬底上制备了氮化锌薄膜样品. 用X 射线衍射仪、原子力显微镜和椭偏仪对薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性质进行了表征分析. 薄膜的晶粒尺寸会随着衬底温度的升高先增大后减小，在200 ℃时薄膜的结晶性最好. 用椭偏仪测试样品，建立物理模型计算出氮化锌薄膜在430–850 nm范围内的折射率和消光系数等光学参数. 利用Tauc公式计算出氮化锌薄膜的光学带隙在1.73–1.79 eV之间.

关键词:

Abstract

Zinc nitride (Zn3N2) thin films were deposited on glass substrates by reactive radio-frequency magnetron sputtering from a pure Zn target in nitrogen-argon ambient. X-ray diffraction analysis indicates that the films just after the deposition are polycrystalline with a preferred orientation of (400). With increasing substrate temperature, the grain size in zinc nitride film increases from 26.5 nm (100 ℃) to 33.6 nm (200 ℃), and then decreases to 17.8 nm (300℃). Atomic force microscopy reveals that the film surface morphology is dependent on the substrate temperature. With reflective spectroscopic ellipsometry, the ellipsometric parameters ψ and Δ of Zn3N2 films are measured. Then, a new model for Zn3N2 films is built. With the Tauc-Lorentz dispersion formula, the ellipsometric data are fitted, and both the thickness and optical constants (refractive index and extinction coefficient) of the films are obtained at a wavelength of 430–850 nm. The optical band gap is calculated from the extinction coefficient by using the Tauc formula, and a direct band gap of 1.73–1.79 eV is obtained.

Keywords:

作者及机构信息

1.
北京工业大学应用数理学院, 北京 100124

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：60876006，60376007）和北京市教育委员会科技计划重点项目（批准号：KZ201410005008）资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Applied Sciences, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60876006, 60376007), and the Science and Technology Key Project of Beijing Education Committee, China (Grant No. KZ201410005008).

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