本文介紹了我們華林科納采用射頻磁控濺射系統，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、光學和電學性質對蝕刻劑濃度的影響，得到了具有良好捕光特性的高效表面紋理氧化鋅薄膜。

通過射頻磁控濺射系統(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(ULVAC MB06-4703)在玻璃襯底上制備了一系列ZnO薄膜，濺射室裝有旋轉葉片泵和渦輪泵，在兩小時的泵送時間后，該室被抽空至1.2×10-3Pa的基礎壓力。在應用沉積之前，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，持續時間為60分鐘。

在這項工作中，ZnO薄膜的厚度是由表面輪廓儀(KLA Tencor P16)測量的，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階，在樣品表面的不同點測量臺階高度，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，化學腐蝕后ZnO薄膜的厚度約為560 nm，本文研究了鹽酸濃度對ZnO薄膜的形貌、光學和電學性質的影響。采用原子力顯微鏡技術研究了氧化鋅薄膜的顯微結構和表面形貌。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，薄膜表現出帶有環狀團簇的細多晶顆粒，結果表明，薄膜具有高度致密的性質。采用x射線衍射(XRD)檢測了氧化鋅薄膜的晶體結構和優先取向，并進行掃描，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）方向上顯示出強峰，表明多晶六角體晶體結構具有優先的c軸取向，在多晶六邊形結構中，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，利用謝勒方程可以從XRD譜中確定氧化鋅薄膜的粒徑，另一個與（004）方向相對應的低強度峰，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定薄膜的光學性質，在本工作中，使用珀金埃爾默的雙光譜儀Lambda750進行了透射光譜測量，使用裝有積分球的掃描分光光度計進行測量，通過將測試樣品放置在球體的入口，透射光進入球體，球體收集所有通過樣品的光，以獲得總的透射率。對于漫射透過率的測量，在積分球上有一個孔，因此不采集直接通過樣品的光，蝕刻的氧化鋅薄膜在300-1200nm波長范圍內的總透射率光譜。

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

不同鹽酸濃度下蝕刻的氧化鋅薄膜在300-1200nm波長范圍內的漫射透過率的光譜，隨著鹽酸濃度的增加，表面紋理氧化鋅薄膜的漫射透過率顯著增加，可以看出，當濃度為0.05M時，氧化鋅薄膜在可見波長內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濕化學蝕刻過程可以顯著改善氧化鋅薄膜的光散射。

利用EcopiaHMS-300系統，通過霍爾效應測量，研究了表面紋理的氧化鋅薄膜的電學性能，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晶程度和取向[15]的增加，這導致遷移率的增加。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，表明薄膜的結晶度提高。

研究了用鹽酸蝕刻的氧化鋅薄膜的形貌、光學和電學性能，實驗結果表明，鹽酸濃度對改變氧化鋅薄膜的形貌、光學和電學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，從而產生光散射，從而有利于光捕獲，增強光的吸收，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，通過化學蝕刻引入紋理表面，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