一種用于蝕刻的現(xiàn)象學(xué)結(jié)構(gòu)區(qū)域模型

在本文中，結(jié)合了現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)和觀察到的多晶氧化鋅腐蝕模型，該模型可以定性地描述濺射條件、材料特性和蝕刻條件的影響。幾項(xiàng)研究調(diào)查了濺射參數(shù)和蝕刻行為之間的關(guān)系，并提出了一種用于蝕刻的現(xiàn)象學(xué)結(jié)構(gòu)區(qū)域模型，該模型將濺射壓力和襯底溫度與膜結(jié)構(gòu)和最終蝕刻相關(guān)聯(lián)特點(diǎn)，高度致密的ZnO膜在蝕刻時(shí)形成具有中或低凹坑密度和低蝕刻速率的表面，而低致密性導(dǎo)致小蝕刻結(jié)構(gòu)和高蝕刻速率，該模型已經(jīng)擴(kuò)展到包括濺射氣氛中的氧含量和靶中的鋁摻雜濃度的影響。

通過TEM研究，能夠揭示晶界是彈坑成核的來源。對(duì)于給定的ZnO材料，可通過不同的蝕刻方法獲得各種蝕刻形態(tài)，所有這些工藝的根本區(qū)別在于侵蝕點(diǎn)的密度:對(duì)于無水蝕刻，HCl在有機(jī)溶劑中不分解，只有少數(shù)晶界被蝕刻劑侵蝕，而在電解質(zhì)溶液中電化學(xué)蝕刻ZnO選擇性地去除所有晶界。

蝕刻劑溶液和條件限定了蝕刻閾值，蝕刻電位高于閾值的晶界被更積極地蝕刻，該閾值取決于所涉及的蝕刻劑復(fù)合體的大小和濃度(見圖1b)，垂直和水平蝕刻速率是不同的，它們由ZnO材料和蝕刻劑決定，垂直蝕刻速率沿著特殊的晶界進(jìn)行，并且受到晶界的性質(zhì)以及蝕刻劑的流動(dòng)性和尺寸的限制，水平蝕刻速率受到蝕刻劑濃度和晶體結(jié)構(gòu)的限制，如果垂直蝕刻速率是極限蝕刻速率(圖1c，左側(cè))，則特征凹坑開口角形成為由(101)平面限定；另一方面，如果水平蝕刻速率是限制因素，而垂直蝕刻速率由于晶界的高蝕刻電位和蝕刻劑的低閾值的結(jié)合而較快，則觀察到較陡的開口角(圖1c，右側(cè))。

通過應(yīng)用該模型和利用可控的單步和多步蝕刻工藝，可以產(chǎn)生各種新的表面結(jié)構(gòu)，基于實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，提出了一個(gè)三公設(shè)腐蝕模型，它允許我們通過結(jié)合物理和化學(xué)方面來定性地描述ZnO薄膜的腐蝕行為，ZnO膜的沉積條件決定了至少主要由被不同蝕刻電位的晶界包圍的Zn封端的晶粒模擬的材料性質(zhì)，這種勢(shì)與相鄰晶粒間的無序程度有關(guān)，然后蝕刻劑通過其有效尺寸和遷移率來定義閾值，如果晶界的腐蝕電位超過這個(gè)閾值，就會(huì)發(fā)生沿晶界的垂直腐蝕并形成凹坑，橫向蝕刻與ZnO的纖鋅礦結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且其與垂直蝕刻速率的關(guān)系限定了凹坑的形狀。

　　審核編輯：湯梓紅