RF磁控溅射下Si衬底ZnO薄膜的XPS界面分析：化学计量比与成键行为

本篇论文主要探讨了2003年由李万程、张源涛、杜国同、杨树人和王涛在吉林大学电子科学与工程学院和集成光电子国家重点实验室使用RF磁控溅射法在硅（Si）基底上生长氧化锌（ZnO）薄膜的过程。通过X射线衍射（XRD）分析，研究结果显示ZnO薄膜呈现出c轴的择优生长方向，显示出良好的结晶性能。 X射线光电子能谱（XPS）技术被用来深入研究薄膜的成分和界面特性。在未达到ZnO-Si界面之前，ZnO薄膜表现出正化学计量比，呈现均匀的单相结构，这证明了RF磁控溅射法在形成高质量ZnO膜方面的有效性。然而，当XPS深入到界面区域，一些显著的变化被观察到：Zn的俄歇峰的化学位移、峰形改变，以及Zn2p3/2峰与ZnLMM峰的积分面积比值的调整，这些都暗示着Si与ZnO之间存在强烈的相互作用，可能是化学结合或掺杂效应。此外，Si2p峰的非对称性变化进一步证实了这种界面相互作用的存在。 更有趣的是，研究发现，原本在Si基底上是n型半导体的硅在ZnO薄膜界面处表现出反型行为，转变为p型半导体，这可能是由于ZnO与Si之间的掺杂过程或电荷转移所导致的。这一现象对于理解ZnO薄膜与硅基底的接触特性以及潜在的应用有着重要的科学价值，尤其是在光电设备的设计中，如紫外光探测器和紫外激光器。 这篇论文不仅提供了关于在硅基底上使用RF磁控溅射法制备ZnO薄膜的详细工艺信息，还揭示了薄膜生长过程中与硅基底界面交互作用的重要科学现象。这对于优化ZnO薄膜的生长条件、改进其与硅基底的兼容性，以及开发新型基于ZnO/Si结构的光电应用具有理论指导意义。