直流磁控溅射在蚀刻硅基板上沉积的 ZNO 薄膜的 SEM 和 AFM 形貌研究

In this work, ZnO films were deposited by Direct Current (DC) magnetron sputtering, on polished silicon substrate Si(100)  (non-etched), etched for 1 min, 5 min, 10 min and 15 min. The etching of the substrate was carried out by means of dry plasma  at different time and they compared with non-etched substrates. Etched silicon substrate effect on the structural and  morphological properties of ZnO films was examined, and a new nanostructure can be obtained by the modification in  morphology of ZnO film, and this will obviously useful for the electrical and gas sensitivity applications. AFM have been  used to investigate the morphology and the roughness behaviors of ZnO films growth on etched and non-etched silicon  substrates. SEM images for the Si(100) etched and non-etched effectuated with two modes (surface top view and cross  section), the SEM was used too for ZnO film deposited on etched substrate (the etched time increase from 1 to 15 min) and  non-etched Si substrates.  

En este trabajo, las películas de ZnO se depositaron mediante pulverización catódica con magnetrón de corriente continua  (DC), sobre sustrato de silicio pulido Si(100) (sin grabar), grabado durante 1 min, 5 min, 10 min y 15 min. El grabado del  sustrato se realizó mediante plasma seco a diferentes tiempos y se compararon con sustratos no grabados. Se examinó el efecto  del sustrato de silicio grabado en las propiedades estructurales y morfológicas de las películas de ZnO, y se puede obtener  una nueva nanoestructura mediante la modificación de la morfología de la película de ZnO, y esto obviamente será útil para  las aplicaciones de sensibilidad eléctrica y de gas. AFM se ha utilizado para investigar la morfología y los comportamientos  de rugosidad del crecimiento de películas de ZnO en sustratos de silicio grabados y no grabados. Imágenes SEM para el  Si(100) grabado y no grabado efectuado con dos modos (vista superior de la superficie y sección transversal), el SEM se usó  también para la película de ZnO depositada en el sustrato grabado (el tiempo de grabado aumentó de 1 a 15 min) y Sustratos  de Si no grabados. Se emplearon técnicas de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) y difracción de rayos X  (XRD) para investigar el contenido de elementos de las películas de ZnO y las propiedades cristalográficas, respectivamente. Además, se estudió la variación de los datos del ángulo de contacto con el agua (WCA) relacionados con la rugosidad de las  películas de ZnO depositadas sobre sustrato de Si grabado en diferentes tiempos.

DC magnetron sputtering set up was utilized to deposit  thin ZnO film on Si(100) substrate (etched and nonetched) using ZnO Target. The power was 100 w and  deposition time was 7 min and the deposition rate was  about 17 nm/min. The T chamber is home-made, it was  manufactured from SS316, the residual pressure was 1x10  -6 Torr and the working pressure was 7 mTorr at room  temperature. The description of the vacuum system was  cited in details in previous work [23]. PECDV dry plasma  used to etch the Si(100) substrate at several times (etched  times were 1min, 5 min, 10 min and 15 min) using SF6 plasma.

Fig1

The ZnO film became more porous with increasing the  etched time (for 10 min etching time) and as consequence  the robin became longer (more black zone indicates to  bottom) and higher (their diameter of aggregate or wires  varied from 500 nm to 1µm ) as shown in Figures (4-e)  and (4-f) where the SEM images for top surface at 25 k  and 50 k magnification, respectively. Similarly, there are  higher and longer robins whose length varied form 1 µm  to 4 µm for ZnO film deposited on etched Si(100) for 15  min, as shown in the Figures (4-g) and (4-h) corresponding  to top view SEM images at 25 k and 50 k magnifications,  respectively.