射频磁控溅射法制备氮化硅基ZnO薄膜的光致发光性能研究

氮化硅薄膜因其耐腐蚀性、高温稳定性和良好的机械强度等优点,被广泛用作透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、能量色散X射线光谱仪(EDX)等的表征实验承载体。特别是,SiN可作为SEM观察时的低扰背景。然而SiN薄膜较差的荧光性制约了其进一步在荧光器件中的广泛应用。为了进一步提高SiN薄膜窗口的荧光效率,实验研究中采用了射频磁控溅射技术在SiN_x薄膜衬底上成功制备出系列ZnO薄膜,并分别进行了氮气氛非原位退火和原位退火处理。然后利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)对薄膜的微结构和光致发光(PL)性能进行了研究,并系统研究了所制备薄膜的发光情况。实验研究结果表明,镀膜后荧光强度普遍提升, 退火促进晶粒进一步熟化生长、结晶性能大幅提升、晶界减少,且退火方式对射频磁控溅射法制备的ZnO/SiN复合薄膜的微结构和发光性能有显著影响。与SiN_x薄膜相比,未退火的ZnO/SiN_x薄膜和N₂气氛非原位退火的ZnO/SiN_x薄膜在380 nm附近的带边本征发射强度分别提高了7.7倍和34.0倍以上。与非原位退火处理的薄膜相比,原位退火处理的ZnO/SiN_x薄膜具有更多的氧空位缺陷,因此表现出更强的可见光波段PL强度,在425～600 nm的可见光波段表现出更高的光致发光能力。这些结果有助于优化氮化硅基ZnO荧光薄膜的制备参数。