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新闻来源：未知 发布时间：2012-5-18 1:25:54　本站主页地址：http://www.jiance17.com

以电子显微镜进行观察与分析三种不同面向的非极性ZnO薄膜整体的显微结构，其中包括晶向关系，界面，晶体缺陷与成长机制。非极性ZnO薄膜则以脉衝雷射沉积法分别成长于(001)、(112)以及(114)面向的铝酸镧(LaAlO3, LAO)基板上。

经由横截面穿透式电子显微镜(cross-sectional transmission electron microscopy, XTEM)的选区绕射(selected area diffraction, SAD)图形发现于(001)LAO上所得到的a面ZnO薄膜是由两组互相垂直的晶区所组成。根据SAD可得出a面ZnO第一组晶区与(001)LAO间的晶体方为关系为[0001]ZnO-I//[110]LAO与 ZnO-I// LAO，而第二组晶区与(001)LAO的关系则为[0001]ZnO-II// LAO与 ZnO-II// LAO。在(112)LAO上所成长之ZnO则呈现m面( )磊晶薄膜的行为，其磊晶薄膜与LAO的晶体关系为[0001]ZnO// LAO与 ZnO// LAO。至于沉积在(114)LAO上的ZnO薄膜则呈现出接近 面向的磊晶，该ZnO与LAO间的晶体方位关系只具有单轴向平行，其关系为[0001]ZnO// LAO。

成长在(001)LAO上的a面ZnO薄膜显微结构方面， XTEM影像的结果显示，a面ZnO晶区以柱状晶的形态形成，内部差排皆由其异质界面垂直向上延伸贯穿至薄膜表面。而在平面TEM(plan-view TEM, PVTEM)的结果中发现，a面ZnO晶区呈现L字型的形貌，且L字型双臂的延伸方向为 ZnO与 ZnO(接近平行LAO的±[100]与±[010]方向)。藉由高解析PVTEM(high-resolution PVTEM, HR PVTEM)可以定义出ZnO晶区界面主要分为反转晶界，近45°或45°界面与局部调整出现的r面( )双晶界面。在晶体缺陷方面，该薄膜内部主要有差排、基面叠差(basal stacking fault, BSFs)与堆叠错合界面(stacking mismatch boundary, SMB)，而SMB是由m面与r面串连组成。(001)LAO上的a面ZnO薄膜内部总差排密度约略为5×1010 cm-2，BSF的密度则约5×105 cm-1，至于SMB的密度大约3×105 cm-1。

对于(112)与(114)LAO上的非极性ZnO磊晶薄膜而言，其异质界面行为经由HR XTEM与其模拟影像比对后，可大至瞭解该异质界面的结构行为。模拟影像结果显示在同一个异质界面中可能存在一种以上的界面结构，其原因主要是由于界面中晶体缺陷的影响，如错位差排或BSF。而在异质磊晶界面上，HR XTEM显示BSF的产生可能对于界面应力释放具有某种程度上的帮助。在非极性ZnO磊晶薄膜内主要的晶体缺陷同样为差排、BSFs与SMBs。根据PVTEM的分析，非极性ZnO磊晶薄膜中的SMBs会转折甚至会迴转形成迴圈，SMBs的形成主要是由于两个平行的晶体在边界包含数量不均的BSFs接合后所造成的界面。在(112)LAO上的m面ZnO磊晶薄膜中，总差排密度约为5.1×1010 cm-2，BSF的密度则约4.3×105 cm-1。至于在(114)LAO上的 面ZnO磊晶薄膜中总差排密度大约3.8×1010 cm-2，BSF的密度则约略为3.1×105 cm-1。

非极性ZnO薄膜的成长机制在藉由自主装直立式化学气相沉积系统的非极性ZnO磊晶薄膜成长实验结果获得佐证。非极性ZnO薄膜成长过程中，m面与r面在薄膜成长初期便已存在岛状晶粒表面，其中以m面数量最多，而薄膜成长过程中ZnO岛状晶粒的接合便是靠m面与r面进行接合。在a面ZnO晶区的接合过程中，由于存在于岛状晶粒上的r面，使得a面ZnO晶区的界面为了降低界面能而形成近45°或45°界面与r面双晶界面。在(112)与(114)LAO上的非极性ZnO磊晶薄膜方面，薄膜成长初期岛状晶粒的m面以及r面会和延伸至晶粒边缘的BSFs交会，最终便形成SMBs。而对于a面ZnO晶区中的SMBs，其形成方式也与非极性ZnO磊晶薄膜中的SMBs相同。由于ZnO岛状晶粒表面上m面所佔比例最大，因而会使其晶粒成为屋脊状的形貌，薄膜沉积完毕后由m面所构成的屋脊形貌会有些微保留在薄膜表面。由扫描式电子显微镜便可观察到ZnO薄膜表面形貌具有许多平行c轴的线条。