PLD法制备NiO薄膜及结构和形貌的研究

　　利用脉冲激光沉积法(PLD)在Si 衬底上制备NiO 薄膜，利用X 射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对所制备薄膜的晶体结构和表面形貌进行表征分析，研究衬底温度和脉冲激光能量对NiO 薄膜结构和形貌的影响，得到生长质量较高、择优取向的多晶NiO 薄膜的一种最佳制备条件。制备了p- NiO/n- Si异质结器件，I- V 特性测试表明，器件具有良好的整流特性。

　　氧化镍(nickel oxide，NiO)是具有3d 电子结构的过渡金属氧化物，立方氯化钠结构，是一种典型的p 型宽禁带半导体材料，NiO 在室温下的禁带宽度为3.6 eV~4.0 eV。NiO 具有独特而优良的特性，是一种重要的功能材料，在气敏传感器、催化剂、电致变色薄膜、锂离子电池电极、阻变存储器及紫外探测等方面都有着良好的应用前景，高质量NiO 薄膜的生长及其异质结器件的制备已受到较大关注，相关研究课题具有重要意义。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)总结了NiO 薄膜及其异质结器件制备方法主要有脉冲激光沉积法、热蒸发法、射频磁控溅射法、溶胶- 凝胶法和化学浴沉积法 等。

　　脉冲激光沉积(Pulsed laser deposition，PLD)具有沉积速率高、生长参数独立可调、可精确控制化学计量比和可外延沉积薄膜等优点。本文利用PLD 法制备NiO 薄膜及NiO/Si 异质结器件。生长高质量的NiO 薄膜是获得具有良好性能的异质结器件的基础。通过改变沉积参数如衬底温度及脉冲激光能量制备NiO 薄膜，对所制备薄膜的晶体结构和表面形貌等进行表征、分析，确定NiO 薄膜的最佳生长条件。在此基础上，制备p- NiO/n- Si 异质结器件，并进行测试分析。

　　制备了高纯NiO 陶瓷靶材，并研究了其结晶状况。靶材制备的原料采用纯度为99.99%的高纯NiO 颗粒。用玛瑙研钵将NiO 颗粒研磨成精细粉末，进行压制成型与高温烧结。利用16T 微型压力机将NiO 粉末压制成Φ25.4 mm×5 mm 的密实圆片，将其放入CVD(G)- 05/50/2 型高温管式炉中，升温至1300℃后保温2 h，即可烧结成陶瓷靶材。镀膜前，对衬底基片分别进行丙酮和无水乙醇10 min 的超声清洗。基片清洗完毕，烘干后装入基片托并放入沉积室。

　　利用脉冲激光沉积法在单晶Si(111)衬底上制备了多晶NiO 薄膜，通过XRD 和AFM测试分析研究了衬底温度(450℃~700℃)和脉冲激光能量(150 mJ 和180 mJ)对NiO 薄膜结晶状况和表面形貌的影响。测试结果表明，在衬底温度为600℃和脉冲激光能量为150 mJ 时生长的NiO 薄膜呈现明显沿(111)晶面的择优取向，(111)衍射峰半高宽(FWHM)值最小(0.175°)，表面颗粒均匀性较好，平均颗粒直径最小(135 nm)，为NiO薄膜的最佳制备条件。制备了p- NiO/n- Si 异质结器件，I- V 特性测试表明，器件具有良好的整流特性，正向开启电压为0.5 V 左右。