ZnO薄膜的主要性质 - 360文档中心

ZnO薄膜

溶胶-凝胶法可以用于 ZnO 薄膜气敏元件的制备和大面积太阳能电池中电极的制备。它的特点是容易实现多种元素的掺杂，可精确控制掺杂水平，成膜均匀性好，对衬底的附着力强，而且无需真空设备，成本低，适合批量生产。但溶胶-凝胶法生长的 ZnO 薄膜结晶质量不太好，而且该技术不能与平面 IC 工艺兼容，这就制约了溶胶-凝胶法的发展。
喷雾热分解（Spray Pyrolysis）是由制备太阳能透明电极而发展起来的一种方法。由于用溅射法产生的离子能量高，在制备大面积电极时容易损伤衬底，所以喷雾热分解法得以发展。喷雾热分解是利用喷雾热分解装置将醋酸锌的水溶液或有机溶液喷雾沉积于基片上，并在高温下分解形成 ZnO 薄膜的工艺。
3，ZnO 薄膜在太阳能电池方面的应用
ZnO 薄膜尤其是 AZO（ZnO：Al）膜，具有优异的透明导电性能，在可见光波长范围内的透射率可达 90% 以上，可与 ITO（In2O3：SnO2）膜相比。而且，相对于 ITO 膜，AZO 膜具有无毒，无污染，原料丰富，价格便宜，稳定性高（特别是在氢等离子体中），正逐步成为 ITO 薄膜的替代材料，在显示器和太阳能等领域得到应用。目前， ZnO 薄膜主要是作为透明电极和窗口材料用于太阳能电池，而且 ZnO 受到高能粒子辐射损伤较小，因此特别适合于太空中使用。
ZnO 薄膜具有良好的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏性、且易于与多种半导体材料实现集成化。由于这些优异的性质，使其具有广泛的用途和许多潜在用途，如表面声波器件、平面光波导，透明电极，紫外光探测器、压电器件、压敏器件、紫外发光器件、气敏传感器等
ZnO 是一种Ⅱ－Ⅵ族氧化物材料，其稳定相的晶体结构为六角纤锌矿（Wurtzite）结构，具有六方对称性。Zn 原子和 O 原子各自按六方密堆方式排列，每一个 Zn 原子位于四个相邻的 O 原子所形成的四面体间隙中，但只占据其中半数的 O 四面体间隙，O 原子的排列情况与 Zn 原子相同。两种六方密堆晶格在空间相互套构形成晶胞，其晶格点阵示意图如图 1.1（b）所示。ZnO 的分子结构类型介于共价键与离子键之间，c 轴方向具有很强的极性[7]。Zn 面和 O 面在（0001）方向按…ABABAB…方式密堆积而成，从而形成两个不同的面（0001）和（0001），分别代表 Zn 极性面和 O 极性面，如图1.1（a）所示，其物理化学特性差别很大。这种非对称中心结构，使ZnO 具有压电性。在室温下，当压强达到 9 Gpa 左右，纤锌矿结构的 ZnO 转变为四方岩盐结构，近邻原子数由 4 增加到 6，体积相应缩小 17%。这种高压相当外加压力消失时会保持在亚稳状态，不会立即重新转变为六方纤锌矿结构

ZnO薄膜的结构、性能及其应用[1]

与
1 −x（Al2O3）陶瓷 Nhomakorabea靶材x
复合，促进光生载流子的产生并延长了载流子寿命，得到了较强的光电流。 znO 薄膜的外延生长温度很低，有利于降低设备成本，提
卷第期
由于 ZnO 具有较大的激子束缚能，特别是与 GaN 比较而言（ZnO 为 60meV，GaN 为 25meV），因此，作为发光材料， ZnO 比 GaN 发光更明亮，使得 ZnO 在光电器件方面的应用吸引了科研人员更大的注意。另外，由于 ZnO 激子具有很好的稳
参考文献： 0 50
赵印中等： zn0 薄膜的结构、性能及其应用卩]韩鑫，于今· zn0：Al（ZAO）透明导电薄膜国内的研究现状江苏冶金，2 6，34（5）： 4 一 8． [2]李海风· znO 的用途及其薄膜的制备方法[J]，天津职业大学学报，2 開 6，巧（3）：37、41 ·
[7]张金星，曹传宝，朱鹤荪· ITO 上磁控溅射 znO 薄膜及其光电性质毋材料研究学报，2007，21（3）：235 一 239．
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1引
zn0 不仅能制成良好的半导体和压电薄膜，亦能通过掺杂制成良好的透明导电薄膜，且原料易得、价廉、毒性小、制备方法多种多样，可以适应不同需求，已成为一种用途广泛、最有开发潜力的薄膜材料之一。目前，研究 znO 材料的性质涉及许多领域，其中包括透明导电膜（TCO）、表面声学波（SAW）器件、光激射激光器、气敏传感器、紫外光探测器、显示以及与 GaN 互作缓冲层等方面“。制备 znO 薄膜的传统方法有磁控溅射、化学气相沉积及溶胶凝胶法等，新方法有激光脉冲沉积法（PLD）、分子束外延法（MBE）等。采用不同的制备技术、工艺参数，制备的 zno 薄膜的结晶取向、薄膜厚度、表面平整度以及光电、压电等性质各有区别。虽然不同方法制备的 zno 薄膜的性能各有优缺点，但从结晶情况来看，以有机金属化学气相沉积（MOCVD）、PLD、原子层外延生长（A）法制备的薄膜质量较好。 2 氧化锌薄膜的结构 znO 为宽带隙半导体，禁带宽度约 3 · 3 ev,晶体结构为六方形纤锌矿结构（图 1）。优质的 znO 薄膜具有 c 轴择优取向生长的众多晶粒，每个晶粒都是生长良好的六方形纤锌矿结构。图 2 是楼晓波等[4 采用 sol-gel 法制备的 znO 薄膜的 XRD 谱。可以看出，与标准的 znO 粉末样品的衍射谱相比较，涂覆 10 层与 20 层的薄膜均出现了明显的与（100）、（002）和（101）晶面相对应的衍射峰，说明样品均为六方纤锌矿结构。

ZnO薄膜的物理性质与制备方法研究

ＯＵＹＡＮＧｉｃｎＹＥＺｈｉｑｎＷＵＧｕ — ａｇ， — ｉｇ，Ｍｕ—ｈｎｓｅｇ
（．ｏｅｅｏＰｙｉｎｏｍｎａｉ１ＣｌｇｆｈｓｓａｄＣｍｕｉｔｎ＆Ｅｅｔｎｃ，ａｇｉｏｍｌｎｅｓｙＪｎｘＮｎｈｎ３０２ＰＣ；ｌｃｃｏｌｒｉＪｎｘＮｒａＵｉｒｔ，ｉｇｉａｃａｇ３０２Ｒｃｏｓｉｖｉａ２ＫｙＬｂｒｔｙｏｈｔｌｔｎｃ＆Ｔｌｏｍｕｉａｏｆｉｇｉｒｖｃ．ａｇｉａｃａｇ３０２Ｒ．ｅａｏａｒｆｏｅｃｏｉｏＰｏｅｒｅｅｍｎｃｔｎｏａｘＰｏｉｅＪｎｘＮｎｈｎ３０２ＰＣ）ｃｉＪｎｎｉ
法、喷雾热解法、分子束外延法、原子层外延生长法。
关键词：ｎＺＯ薄膜；物理性质；制备方法
中图分类号：Ｎ０．５Ｔ３０５４文献标识码：Ａ
ＳｕｙｏｙｉａｏｒｉｓａｄＧｒｗｔｅｈｏｆＺｎＯｔｄｎＰｈｓｃｌＰｒｐｅｔｅｎｏｈＭｔｄｓｏＴｈｉｌｎＦｉｍ
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第２６卷
第１期
江
西
科
学
Ｖｏ．６Ｎｏ１１２．
Ｆｂ２ｏｅ．ｏ８
２００８年２月
ＪＡ Ⅸ ＩＳＥＮＣＥＩＮＣＣＩ
文章编号：０１— ６９２０）１— １１０１０３７（０８００６ — ４
熟，并且几乎所有的现有制膜技术都可用于生长ＺＯ薄膜。如上所述，ｎｎＺＯ材料的研究应用涉及许多领域，很显然，制备技术及工艺参数决定着薄膜的性能，而不同的应用对ＺＯ薄膜的薄膜厚ｎ

ZnO薄膜的制备与性能研究

ZnO薄膜的制备与性能研究ZnO是众所周知的一种半导体材料，近年来，它的应用领域不断扩大，包括光电技术、传感器技术、气敏技术、生物技术等领域。

其具有较高的透明度、电阻率、热稳定性和高电子迁移率等优异特性，使得其在各个领域中拥有巨大市场前景。

在这些应用中，ZnO薄膜则是ZnO材料的重要组件之一。

本文主要探讨ZnO 薄膜的制备及其性能研究。

一、ZnO薄膜制备方法1.溶胶-凝胶法ZnO薄膜制备的一种常见方法为溶胶-凝胶法。

该方法主要涉及将预先制备好的ZnO溶胶放置于合适的基底上，然后通过热退火的方式完成ZnO薄膜的制备。

使用该方法，可以获得良好的薄膜质量和较大的薄膜面积，同时可以随意控制薄膜厚度。

2.物理气相沉积法物理气相沉积法是ZnO薄膜制备中最常用的方法之一。

其主要通过采用物理气相沉积设备将高温气体通入反应室，然后将蒸汽通过传输管道沉积在基底上完成ZnO薄膜的制备。

该方法具有制备ZnO晶体中空气杂质较少、晶粒精细等显著的优点。

3.MBE法MBE法是利用分子束外延设备在超高真空环境下生长晶体的方法。

该方法制备的ZnO薄膜具有非常高的晶体质量。

然而，需要难以实现的极限条件，如超高真空环境和较高的晶体表面温度。

二、ZnO薄膜性能研究1.光电性能ZnO薄膜是光学和电学交叉的半导体薄膜。

关于ZnO薄膜的光学性能，已有许多研究。

例如，有研究人员证实了ZnO条纹薄膜在光学上具有比等宽薄膜更高的透射比，这是由于条纹薄膜的形态依赖性的折射率引起的。

此外，ZnO薄膜具有优越的光电转换性能，可用于太阳能电池、传感器等领域。

2.气敏性能ZnO薄膜的气敏性能是其另一个重要的应用领域，具有广泛的市场前景。

研究表明，ZnO薄膜的气敏性能受到薄膜厚度、沉积温度和掺杂类型等多个因素的影响。

例如，掺杂ZnO薄膜的气敏性能不仅可以提高灵敏度，还可以增加电阻率等方面的特性。

3.化学性质关于ZnO薄膜的化学性质，研究人员通常需要从其表面性质、表面反应等多个方面进行分析。

氧化锌与氧化锡

氧化锌与氧化锡氧化锌(ZnO)薄膜的性能分析(1)来源:兰州物理研究所表面工程技术国家级重点实验室编辑:赵印中ZnO具有熔点高、制备简单、沉积温度低和较低的电子诱生缺陷等优点。

硅基生长的ZnO 薄膜有希望将光电子器件制作与传统的硅平面工艺相兼容。

另外，在透明导电膜的研究方面，掺铝ZnO 膜(ZAO)也有同ITO 膜可比拟的光学电学性质，可在光电显示领域用来作为透明电极。

ZnO薄膜的高电阻率与单一的C 轴结晶择优取向决定了它具有良好的压电常数与机电耦合系数，可用作各种压电、压光、电声与声光器件。

具有中等大小电阻率的ZnO 薄膜是一种n 型半导体，其与一种适宜的p型半导体相结合可以在太阳能光电转换领域中作为一种异质结。

因具有电阻率随表面吸附的气体浓度变化的特点，ZnO 薄膜还可用来制作表面型气敏元件。

通过掺入不同元素，可应用于还原性酸性气体、可燃性气体、CH 族气体探测器、报警器等。

此外，它还在蓝光调制器、低损失率光波导、液晶显示、光催化、电子摄影机、热反射窗等领域具有潜在应用。

1、氧化锌(ZnO)薄膜的光学性能ZnO 薄膜在可见光范围内光透射率高达90%，可以用作优质的太阳电池透明电极，然而它在紫外（UV）和红外（IR）光谱范围内透射率都比较低，这一性质被用作相应光谱区的阻挡层。

图3 是沉积ZnO 薄膜的样品与其基材石英玻璃片透射率的比较，内插图为400-750 nm 的可见光范围的结果比较。

可以看出，在410~750 nm 的区间内，沉积ZnO 薄膜的样品，其透射率均大于石英的透射率，最大可提高2.3%。

由此可知制备出的ZnO 薄膜已经在一定程度上起到了增透膜的效果，这一结果有望在太阳能电池中得到应用。

图4 是Al掺杂ZnO（ZAO）薄膜作为透明导电膜的透射光谱和红外反射谱。

作为透明导电薄膜的一个显著特性是在红外段的高反射率，能反射大部分的热辐射能量。

将其应用于电子器件中，可避免电子器件吸收太多能量而造成升温过快、过高，影响使用效果。

ZnO薄膜的制备及其光学性质的研究

其次，我们研究了溅射功率对ＺｎＯ薄膜结构和光学性质的影响。通过Ｘ射线衍射分析了ＺｎＯ薄膜的结构和结晶情况，结果表明，溅射功率分别为１００Ｗ、１２０Ｗ和１５０Ｗ条件下制备的ＺｎＯ薄膜均为ｃ轴择优取向，增大溅射功率，有利于提高薄膜的结晶质量。应用原子力显微镜研究了薄膜的表面形貌，分析了
山东建筑大学硕士学位论文
关键词：ＺｎＯ薄膜，射频磁控溅射，光波导，Ｘ一射线衍射，ｃ轴取向
山东建筑大学硕士学位论文
ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆＯｐｔｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＺｎＯＦｉｌｍｓ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｚｉｎｃｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ）ｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔＩＩ－ＩＶｃｏｍｐｏｕｎｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｗｉｔｈａｗｉｄｅｄｉｒｅｃｔｂａｎｄｇａｐｏｆ３．３ｅＶａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａｌａｒｇｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｂｉｎｄｉｎｇｅｎｅｒｙｏｆ６０ｍｅＶ．ＺｎＯｆｉｌｍｓｈａｖｅｍａｎｙｒｅａｌｉｚｅｄａｎｄｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓ，ｓｕｃｈａｓｓｕｒｆａｃｅａｃｏｕｓｔｉｃｗａｖｅｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｖｉｃｅｓ，ｇａｓｓｅｎｓｏｒｓａｎｄｐｌａｎａｒｏｐｔｉｃａｌｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，ｅｔｃ，ｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｅｘｃｅｌｌｅｎｔｏｐｔｉｃａｌａｎｄｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈｗｉｄｅｓｐｒｅａｄｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｉｎｓｈｏｒｔｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔｄｅｖｉｃｅｓ，

ZnO压电薄膜的性能

ZnO压电薄膜的性能无机非金属材料工程 09120225 钟史伟摘要：ZnO薄膜是一种具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，高质量的单晶或c轴择优取向的多晶ZnO薄膜具有良好的压电性质，能够用来制备高频纤维声光器件及声光调制器等压电转换器，在光电通信领域得到广泛的应用。

本文综述了氧化锌压电薄膜的性能及其性能影响因素，同时叙述了掺杂铝或者锂氧化锌压电薄膜的特性变化。

同时展望了氧化锌压电薄膜性能的广阔应用前景。

关键字：氧化锌；压电薄膜；性能；掺杂前言ZnO是一种Ⅱ一Ⅵ族半导体材料，其结构为六方晶体结构,密度为5.67g/cm，晶格常数u为0.32496 nm，c=0.52065nm.室温下其禁带宽度是3.3 eV,是典型的直接带隙宽禁带半导体。

ZnO化学稳定性好,材料来源丰富,价格低廉,通过掺杂具有很好的光电性能,是光电器件极具潜力的材料.例如：掺A1、In 的ZnO薄膜导电性好，透过率高，可以用于平板显示器和太阳能电池的透明电极；C轴取向的ZnO 薄膜可以用来制备低损耗的声表面波（SAW）滤波器等。

ZnO压电薄膜因其具有机电耦合系数大、插损小、温度稳定性好等优点而被广泛地用于制备声表面波(SAW) 滤波器。

现如今最广泛的是利用射频磁控溅射法制造的C轴定向的ZnO薄膜具有很好的压电性，高质量的ZnO压电薄膜在薄膜外观以及微观结构上都有较高的要求。

表面应光滑、致密、无微孔和裂缝；微观结构上,应是高度取向生长的多晶薄膜，晶粒细小,极性方向相同,并且堆积紧密.另外,还要求其化学性质稳定，硬度较高，内应力小。

氧化锌薄膜的特性依靠于生长的方法和各种参数。

未来，为了评估测量的属性必须将氧化锌薄膜应用于真实的应用领域。

因此，通过XRD，APM研究了溅射参数工艺对于氧化锌压电薄膜压电性能的影响。

1.氧化锌压电薄膜的性能1.1 氧化锌压电薄膜简介Z nO薄膜是一种具有广泛用途的材料，其性质随掺杂组分和制备条件的不同而表现出很大的差异性．目前对ZnO薄膜的研究主要集中在透明导电性压电性、光电性、气敏性、压敏性等方面．通过各种制备工艺和组分配比，在制备具有优良压电性能的ZnO薄膜、具有良好光电性能的透明ZnO薄膜以及具有良好气敏性能的ZnO 薄膜传感器材料的研究已取得了很大进展。

ZnO薄膜的光电性能及应用

ZnO薄膜的应用
压电传感器
所示ZnO压电薄膜表面微机械传感器示意图。这种新结构的器件既充分发挥了表面微机械加工技术的优点, 又可利用ZnO材料的多功能特性，与用体微机械技术制作的集成化ZnO器件相比,可大大简化其制作工艺和减小器件尺寸,为研制集成ZnO薄膜器件提供了一种有效的手段。
空穴旋转，与氢原子类似。
ZnO的光致发光谱通常有紫外发射带和可见光发射带。紫外发射
带是来自于近带边的发射，是由于激子的复合。可见光发射带通常
与缺陷或杂质有关的深能级有关。
ZnO薄膜简介
ZnO薄膜主要用于太阳能电池，它与之前所用的氧化铟锡( ITO) 和二氧化锡透明导电薄膜相比，具有生产成本低，无毒，稳定性高( 特别是在氢等离子体中) ，对促进廉价太阳电池的发展具有重要意义。
ZnO薄膜的应用
湿度传感器
右图为ZnO薄膜湿度传感器的结构示意图。它是在陶瓷、玻璃等绝缘基片上形成一对叉指的检测电极，再在叉指电极上部覆盖用作湿敏元件的 ZnO薄膜。
ZnO薄膜湿度传感器的结构
ZnO薄膜的应用
ZnO镀膜光纤传感器
右图所示为ZnO镀膜光纤传感器的几何结构，其中的压电层为氧化锌镀膜层，当内电极层和外电极层之间的电压发生变化时，光纤内产生振荡声波，使得光纤的折射率改变，在有光信号通过时，其相位发生变化，其本质是一种声光谐振器。
ZnO薄膜的光电性质
纯净的理想化学配比的ZnO由于带隙较宽，是绝缘体，而不是半导体，但是由于本身的缺陷，如氧空位、锌填隙等施主缺陷，使其常常表现出N型导电。在ZnO晶体的空位形成过程中，由于形成氧空位所需的能量比形成锌空位所需的能量小，因此，在室温下ZnO材料通常是氧空位，而不是锌空位。而氧空位产生了2价施主，使其表现出N型导电。同时根据自补偿原理，氧空位的浓度和氧填隙的浓度之积是常数，当氧空位的浓度很大时，氧填隙的浓度很小。锌空位的浓度较小，而锌填隙的浓度则较大，因此，当在ZnO的晶体中氧空位占主导时，表现出N型导电。

ZnO薄膜的制备、性能及应用

ZnO薄膜的制备、性能及应用1引言氧化锌（ZnO）属于第三代半导体材料,室温下禁带宽度约为3.37eV，其激子束缚能高达60meV，比室温热离化能(26meV)大得多。

第三代半导体材料是指宽禁带半导体材料，它们的发光波长短（近紫外），具有耐高温、抗辐照、制备方法多、毒性小等特点。

自1997 年发现ZnO薄膜的室温紫外光发射以来，ZnO 薄膜的制备技术及其光电特性成为人们研究的热点。

ZnO薄膜可以在低于500℃的温度下生长,比ZnSe和GaN的生长温度低得多。

ZnO作为一种新型的光电材料，在光波导、半导体紫外激光器、发光器件，透明电极等方面应用广泛。

ZnO 也是一种十分有用的压电薄膜材料, 高质量的单晶或c轴择优取向的多晶ZnO薄膜具有良好的压电性质, 能够用来制备高频纤维声光器件及声光调制器等压电转换器, 在光电通信领域得到广泛的应用。

本文综述了ZnO薄膜的性质、各种制备方法及作为压电材料的应用。

2 ZnO的性质2.1 ZnO的基本性质ZnO晶体共有四方岩盐矿结构、闪锌矿结构和六角纤锌矿3 种相结构，如图1所示[ 1]。

Jeffee[ 2]等人根据第一性原理计算得到ZnO各晶体结构的总能量，六角纤锌矿结构的总能量为5.658 eV，闪锌矿结构的总能量为5.606 eV，四方岩盐矿结构的总能量为5.416 eV。

六角纤锌矿结构在常温下是稳定相，也是研究最多的一种相结构，晶格常数a=b=0.324 6nm，c=0.520 3nm。

ZnO的熔点为1975℃，比GaN的熔点低，但其热稳定性和化学稳定性优于GaN，在较高温度下也不会分解。

ZnO 的本征点缺陷有：锌填隙（Z ni）、锌空位（V Zn）、氧填隙（O i）、氧空位（V O）、反位锌（Zn O）等，其中锌填隙和氧空位的能级较浅，被认为是本征ZnO呈n型导电的主要原因。

2.2 ZnO的铁电性质Onodera[ 3]等首次观察到了ZnO基材料的电滞回线，Zn0.83 Li0.17O陶瓷材料在室温条件下，其剩余极化为0.044 LC /cm2, 虽然这个数值较小，却是该陶瓷具有铁电性的证据。

射频磁控溅射ZnO薄膜的结构和应力特性

ｏ．Ｔｈｃｏｔｕｔｒｎｔｅｓｄｓｒｂｔｏｆｔｅｆｍｓｗｅｅａａｙｅｙｔｅｆｌｔｅｓｄｓｒｂ — ｄｅｍｉｒｓｒｃｕｅａｄｓｒｓｉｔｉｕｉｎｏｈｉｒｎｌｚｄｂｈｉｓｒｓｉｔｉｕｌｍｔｎｔｓｉｇｉｓｒｍｅｔａｄｔｅＸ－ａｉｒｃｏｔｒｉｅｔｎｔｕｎｎｈｒｙｄｆａｔｍｅｅ．ＴｈｅｕｔｎｉａｅｔａｈｎｆｍｓｐｓｅｓｏｎｆｅｒｓｌｓｉｄｃｔｈｔｔｅＺ０ｉｏｓｓｌ
ｉｓｍｉｉｍ．７ × １０Ｐａｎｔｅｓｄｆｅｅｃｔａｎｏｉｉｉｍ．５ × １０Ｐａｔｎｍｕ５９３０，ａｄｓｒｓｉｆｒｎｅａｔｉｓｔｔｍｎｍｕ６１９ｓ０．
ＫｅｒｓＺＯｈｎｆｍ；ＲＦｍａｎｔｏｐｔｅｉｇｉｈｃｎｓ；ｍｉｒｓｒｃｕｅｙｗｏｄ：ｎｔｉｉｌｇｅｒｎｓｕｔｒｎ；ｆｌｔｉｋｅｓｍｃｏｔｕｔｒ
ｃａｉｒｆｒｅｒｅｔｔｏ．ＴｈｅｎｓｒｓｎｔｅＺＯｉｓｄｃｅｓｓｗｉｃｅｓｎｆｉｔｉｋ－ｘｓｐｅｅｒｄｏｉｎａｉｎｅｍａｔｅｓｉｈｎｆｍｅｒａｅｔｉｒａｉｇｏｌｈｃ — ｌｈｎｆｍｎｓ．ＷｈｎｆｍｈｃｎｓＳ７４ｎ，ｔｅｓｒｓｉｔｉｕｉｎｉｒｎｆｒ，ｔｅｍｅｎｓｒｓｅｃｅｅｓｅｉｔｉｋｅｓｉ４ｍｌｈｔｅｓｄｓｒｂｔｏｍｏｅｕｉｍＳｏｈａｔｅｓｒａｈｓ

ZnO薄膜的光电性能

光电性质的影响因素
表 1 各个样品的FTC值 Table 1 The FTC value of the samples
光电性质的影响因素
结论：
1 随着退火温度的增加，ZnO薄膜的平均晶粒尺寸增加，结晶性越来越好；
2 ZnO薄膜的光电性能发生了改变，在360-960nm 波长范围内的透光率都有所下降，随着退火温度的增加，ZnO薄膜的方块电阻逐步减小；
ZnO薄膜的光电性质
蒸发铝膜、导电漆膜、印制电路板铜箔膜等薄膜状导电材料，衡量它们厚度的最好方法就是测试它们的方阻。什么是方阻呢？方阻就是方块电阻，指一个正方形的薄膜导电材料边到边“之”间的电阻，如图所示，即 B边到C边的电阻值。方块电阻有一个特性，即任意大小的正方形边到边的电阻都是一样的，不管边长是1米还是0.1米，它们的方阻都是一样，这样方阻仅与导电膜的厚度等因素有关。
ZnO薄膜的应用
ZnO薄膜简介
氧化锌是直接宽禁带半导体材料，室温下的禁带宽度约3.3eV ，大于可见光的光子能 3.10eV ，因此在可见光波段( 400nm－800nm) ZnO的透射率很高。此外， ZnO的一个突出特点是具有高达 60meV的激子束缚能。
ZnO薄膜简介
ZnO薄膜主要用于太阳能电池，它与之前所用的氧化铟锡( ITO) 和二氧化锡透明导电薄膜相比，生产成本低，无毒，稳定性高( 特别是在氢等离子体中) ，对促进廉价太阳电池的发展具有重要意义。
ZnO晶体结构和光电特性，在光显示、光照明、光存储以及光探测等领域具有诱人的应用前景：
(1)太阳电池
(2)全色大屏幕显示器
(3)照明工程 (4)高密度存储 (5)紫外光探测器 (6)与GaN互作缓冲层
参考文献

ZnO薄膜

ZnO薄膜的结构性质及其制备邵丽琴摘要:氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带(3.37eV)II-VI族化合物半导体材料，具有较大的激子束缚能(60meV)，具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、表面声波元件以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途。

ZnO薄膜的制备方法多样，各具优缺点。

本文综述了ZnO 薄膜的制备及性质特征，并对其发展趋势及前景进行了探讨。

关键词：ZnO薄膜；制备；性质；发展前景一、引言近年来，新一代的宽带隙半导体材料ZnO吸引了人们的目光。

ZnO是II—VI族直接带隙半导体，室温禁带宽度为3.37 eV[1]。

特别是由于ZnO具有较高的激子结合能(约60 meV[2])，它比室温热离化能(26meV)大得多，理论上和实验都证实了ZnO在室温甚至更高温度下实现紫外发光和受激辐射[3,4]，因此ZnO被认为是制备短波长发光和激光二极管、探测器等光电子器件的理想候选半导体材料。

ZnO作为一种新型的光电材料，在光波导、半导体紫外激光器、发光器件，压电传感器及透明电极等方面应用广泛。

本文综述了ZnO薄膜各种不同的制备方法及发光的研究现状并指明了今后的研究方向。

二、ZnO的结构和性质1.1 结构ZnO有三种晶体结构，分别是立方NaCl，闪锌矿和六角纤锌矿构，如图1所示，在常温常压下，ZnO的热稳定相为六方纤锌矿结构[5]，具有六方对称性。

纤锌矿ZnO的晶格常数是a=3.2498 Å，C=5.2066 Å。

在C轴方向上，Zn原子与02原子的间距为0.196nm，在其他三个方向上为0.198nm。

ZnO的结构可简单地描述为由Zn原子面和O原子面沿C轴交替排列而成，其中Zn和O原子为相互四面体配位，从而Zn和0在位置上是等价的。

这种排列导致ZnO具有一个Zn极化面和一个O极化面，这种C面的极化分布使得两个面具有不同的性质，导致该结构缺乏对称中心。

ZnO材料的性质及其薄膜研究现状

ZnO材料的性质及其薄膜研究现状【摘要】近几年，ZnO作为宽禁带半导体受到人們越来越多的重视。

和目前最成功的宽禁带半导体材料GaN相比，ZnO具有很多优点。

本文综述了ZnO材料的主要性质，并深入探讨了ZnO薄膜的研究现状。

【关键词】ZnO薄膜;应用近几年，由于短波长激光二极管LD激光器在信息领域具有很大的应用前景，人们对宽禁带半导体的研究产生了极大的兴趣。

目前已经制造出GaN和ZnSe基的蓝光发光二极管和激光器。

蓝色发光器件的研制成功，使得全色显示成为可能，而且可以制作出高亮度和高效率的白光发射器件。

用GaN制造的蓝光激光器可代替GaA红外激光器，使光盘的光信息存储密度大大提高，这将极大的推动信息技术的发展。

但这些蓝光材料也有明显的不足，ZnSe激光器在受激发射时容易因温度升高而造成缺陷的大量增殖，所以寿命很短，而GaN材料的制备需要昂贵的设备，缺少合适的衬底材料，薄膜需要在高温下生长，难度较大，找到性质与之相近的发光材料，并克服GaN材料的不足，这个工作具有十分重要的意义。

ZnO材料无论是在晶格结构，晶格常数还是在禁带宽度上都与GaN很相似，对衬底没有苛刻的要求而且很容易成膜。

同时ZnO材料在室温下具有高的激子束缚能约60meV，在室温下激子不会被电离可以获得有效地激子发射。

这将大大降低室温下的激射域值。

目前国内外关于ZnO材料的研究正蓬勃发展，覆盖面十分广阔。

本文综述了ZnO材料的主要性质，并深入探讨了ZnO薄膜的研究现状。

一、ZnO的性质1、ZnO薄膜的光电性质ZnO是一种宽禁带的n型半导体材料，具有优良的光电性质。

其光电性质与化学组成、能带结构、氧空位数量及结晶程度密切相关[1]。

在适当的制备条件及掺杂下，ZnO薄膜表现出很好的低阻特征。

B.Joeph等人[2]利用化学喷雾沉积法在沉积温度为450℃及真空煅烧的条件下，制得厚度为175nm的未掺杂ZnO薄膜的电阻率仅为3某10-3Ωm，而T.Schuler等以ol-gel法制备的厚度为174nm的掺Al等杂质的ZnO的电阻率也仅为5某10-3Ωm。

ZNO薄膜材料

激光脉冲沉积法
它是将高功率的脉冲激光束经过聚焦之后通过窗口进入真空室照射靶材，激光束短时间内在靶表面产生高温，使之气化，产生等离子体，等离子体向外膨胀并在衬底上沉积形成薄膜。
喷雾热分解法
喷雾热分解法一般是将金属盐溶液雾化后喷入高温区，使金属盐在高温下分解形成薄膜。制备ZnO薄膜时，原料一般是溶解在有机溶剂中的醋酸锌，通过超声雾化法或载气流喷射雾化法将醋酸锌溶液雾化，并把它导入反应腔，在加热过程中先后经过溶剂的挥发、醋酸锌的分解等过程，最终残余物质为ZnO。
分子束外延法(MBE)
MBE法是一种真空蒸发技术，即把原材料通过高温加热使之转化为气态，气态分子在真空中以一定的速度向衬底运动并且在衬底上沉积生长。原材料一般选择高纯度的金属Zn，氧源一般是高纯O2，还可以用 NO、NO2、H2O2等。MBE 生长ZnO薄膜需要超高真空条件，本底压强要达10-7Pa 数量级，一般选择蓝宝石为衬底。MBE 是一种在原子级范围内可控制的薄膜生长方法。
金属有机物化学气相沉积
该法生长ZnO薄膜，常用二甲基锌［（CH3） 2Zn］（DMZn），二乙基锌［（C2H5）2Zn］（DEZn），醋酸丙酮锌［Zn（C5H7O2）2］等为锌源；O2和H2O 作为氧源。用DMZn或 DEZn作锌源时反应较剧烈，生长速率较快，反应难以控制，生长的ZnO 薄膜质量下降。通过对反应堆的改进或采用反应速率较慢的锌源，可以生长出高质量的ZnO薄膜。
磁控溅射是目前国内研究最多，工艺最成熟的一种薄膜制备方法。溅射是利用高能带电粒子轰击靶材，使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底成膜。主要分为直流磁控溅射、射频磁控溅射和中频磁控溅射。如果靶材是金属Zn 靶，则溅射过程要通入O2，使沉积过程中Zn 与O2发生反应生成ZnO，这属于反应磁控溅射。

ZnO压电薄膜的性能

ZnO压电薄膜的性能无机非金属材料工程 09120225 钟史伟摘要：ZnO薄膜是一种具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，高质量的单晶或c轴择优取向的多晶ZnO薄膜具有良好的压电性质，能够用来制备高频纤维声光器件及声光调制器等压电转换器，在光电通信领域得到广泛的应用。

本文综述了氧化锌压电薄膜的性能及其性能影响因素，同时叙述了掺杂铝或者锂氧化锌压电薄膜的特性变化。

同时展望了氧化锌压电薄膜性能的广阔应用前景。

关键字：氧化锌；压电薄膜；性能；掺杂前言ZnO是一种Ⅱ一Ⅵ族半导体材料，其结构为六方晶体结构,密度为5.67g/cm，晶格常数u为0.32496 nm，c=0.52065nm.室温下其禁带宽度是3.3 eV,是典型的直接带隙宽禁带半导体。

ZnO化学稳定性好,材料来源丰富,价格低廉,通过掺杂具有很好的光电性能,是光电器件极具潜力的材料.例如：掺A1、In 的ZnO薄膜导电性好，透过率高，可以用于平板显示器和太阳能电池的透明电极；C轴取向的ZnO 薄膜可以用来制备低损耗的声表面波（SAW）滤波器等。

ZnO压电薄膜因其具有机电耦合系数大、插损小、温度稳定性好等优点而被广泛地用于制备声表面波(SAW) 滤波器。

现如今最广泛的是利用射频磁控溅射法制造的C轴定向的ZnO薄膜具有很好的压电性，高质量的ZnO压电薄膜在薄膜外观以及微观结构上都有较高的要求。

表面应光滑、致密、无微孔和裂缝；微观结构上,应是高度取向生长的多晶薄膜，晶粒细小,极性方向相同,并且堆积紧密.另外,还要求其化学性质稳定，硬度较高，内应力小。

氧化锌薄膜的特性依靠于生长的方法和各种参数。

未来，为了评估测量的属性必须将氧化锌薄膜应用于真实的应用领域。

因此，通过XRD，APM研究了溅射参数工艺对于氧化锌压电薄膜压电性能的影响。

1.氧化锌压电薄膜的性能1.1 氧化锌压电薄膜简介Z nO薄膜是一种具有广泛用途的材料，其性质随掺杂组分和制备条件的不同而表现出很大的差异性．目前对ZnO薄膜的研究主要集中在透明导电性压电性、光电性、气敏性、压敏性等方面．通过各种制备工艺和组分配比，在制备具有优良压电性能的ZnO薄膜、具有良好光电性能的透明ZnO薄膜以及具有良好气敏性能的ZnO 薄膜传感器材料的研究已取得了很大进展。

ZnO薄膜的最新研究进展

文章编号:100129731(2002)0620581203ZnO 薄膜的最新研究进展Ξ吕建国,叶志镇(浙江大学硅材料国家重点实验室,浙江杭州310027)摘　要:　ZnO 是一种新型的Ⅱ～Ⅵ族半导体材料。

文章详细介绍了ZnO 薄膜在其晶格特性、光学、电学和压电性能等方面的研究,特别是ZnO 薄膜的紫外受激辐射特性,另外,对ZnO 的p 型掺杂和p 2n 结特性的最新进展也作了探讨。

关键词:　ZnO 薄膜;晶格特性;光电性能;p 型掺杂中图分类号:　TN304.21;O472 文献标识码:A1　引　言ZnO 是一种新型的Ⅱ～Ⅵ族宽禁带化合物半导体材料,与G aN 具有相近的晶格常数和禁带宽度,原料易得廉价,而且相对于G aN ,ZnO 具有更高的熔点和激子束缚能,其机电耦合性能也十分优异。

此外,ZnO 薄膜的外延生长温度较低,有利于降低设备成本,抑制固相外扩散,提高薄膜质量,也易于实施掺杂。

ZnO 薄膜所具有的这些优异特性,使其在表面声波、太阳能电池等诸多领域得到了广泛的应用;随着ZnO 光泵浦紫外受激辐射的获得和p 型掺杂的实现,ZnO 薄膜作为一种新型的光电材料,在紫外探测器、L EDs 、LDs 等领域也有着巨大的发展潜力。

1999年10月,在美国召开了首届ZnO 专题国际研讨会,会议认为“目前ZnO 的研究如同Si 、G e 的初期研究”。

现在,世界上逐渐掀起了ZnO 薄膜研究开发应用的热潮,文章详细介绍了ZnO 薄膜在其特性方面的最新研究进展。

2　ZnO 薄膜的晶格特性ZnO 晶体为六方纤锌矿结构,每个锌原子与4个氧原子按四面体排布,如图1所示。

晶格常数为a =0.325nm ,c =0.521nm [1],其相应参数如表1所示。

但ZnO 晶体难以达到完美的化学计量比,天然存在着锌间隙与氧空位[2],为极性半导体,呈n 型。

图1　纤锌矿ZnO 晶体结构Fig 1Microstructure of ZnO crystal 优质的ZnO 薄膜具有c 轴择优取向生长,图2为本实验室利用直流反应磁控溅射技术制得的c 轴取向ZnO 薄膜的二维AFM 形貌图,表面由许多近六边形紧密排列而成,其对角线长约150nm 。

ZnO薄膜的光电性能及应用

ZnO薄膜简的介光电性质
ZnO高熔点的物理特性，具有很好的热化学稳定（1975℃）。 ZnO薄膜可在低于600℃下获得，有利于降低设备成本，可大大减少高温制备条件下产生的缺陷，提高薄膜质量。
ZnO是至今为止Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中最硬的一种，机械性能优良。
ZnO薄膜简的介光电性质
极性较强的半导体材料，由于导带自由电子和价带自由空穴之间的库仑作用，使它们束缚在一起构成激子，在半导体材料可以自由移动的叫做自由激子。由于电子的有效质量小于空穴的有效质量，自由激子的结构中，电子围绕空穴旋转，与氢原子类似。
OOLOPPELBBDE，、D复等合
电致发光光致发光
阳极阴极
增加光吸增加光出
ZnO薄膜简介
极性较强的半导体材料，由于导带自由电子和价带自由空穴之间的库仑作用，使它们束缚在一起构成激子，在半导体材料可以自由移动的叫做自由激子。由于电子的有效质量小于空穴的有效质量，自由激子的结构中，电子围绕空穴旋转，与氢原子类似。
ZnO薄膜在各种温度下的沉积和退火
光电性质的影响因素
结论：
1.退火处理可以改善ZnO膜的形貌，从AFM和SEM图像显而易见。氧化锌薄膜在可见波长范围内有高达85％的光透射。 2. XRD结果表明该膜是（002），（101）和（102）方向的优先取向的多晶，但是退火温度增加到400℃以上，（002）方向更显着。因为退火处理的ZnO薄膜显示出良好的结构和光学性能是因为其具有更光滑的表面。 3.基于结果，可以得出结论ZnO薄膜适用于太阳能电池应用，在退火时应该将带隙调节到合适的值。 4 .除180℃沉积温度下制备的样品以外，其他温度下制备的ZnO 薄膜在可见光区域的透过率均接近甚至高于80％。