工作压力调控ZnO薄膜缺陷化学及其对气敏与光电性能的优化机制研究

《Thin Solid Films》：Effect of the working pressure on the structural, morphological, optical, electrical and gas sensor properties of ZnO films grown by DC magnetron sputtering

本综述系统探讨了直流磁控溅射（DC magnetron sputtering）中工作压力（WP）对氧化锌（ZnO）薄膜结构、形貌、光学、电学及气敏性能的调控作用。研究发现，工作压力升高导致薄膜厚度、晶粒尺寸及晶格常数减小，并强化了（002）晶面择优取向，这与氧空位（VO）浓度变化密切相关。 thinner films在200°C对甲烷（CH4）表现出优异的气敏响应，归因于其更高的VO浓度。研究揭示了缺陷化学（如Zn间隙（Zni）和VO）在优化ZnO薄膜性能中的关键作用，为开发高性能气敏与光电器件提供了重要依据。

　　

Highlight

结构特性

图1展示了在0.8至9.5帕斯卡的溅射工作压力范围内沉积的ZnO薄膜的X射线衍射（XRD）图谱。衍射图显示对应于六方纤锌矿ZnO结构（空间群P6₃mc）的（100）、（002）、（101）、（102）、（110）、（103）和（112）晶面的反射。在较低的工作压力下，薄膜表现出沿（100）、（002）和（101）晶面的择优取向。

随着压力增加，观察到（002）晶面反射强度显著增强。

结论

通过控制薄膜沉积期间的工作压力和生长后高真空条件下的热退火，制备了具有不同厚度的纤锌矿ZnO薄膜。确定了沿（002）方向的择优取向，其程度可以通过改变生长期间的工作压力来控制。这种沿c轴织构的增强与氧空位（V_O）的存在相关，随着薄膜变薄，氧空位变得更加普遍。这种变化……