书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
ZnO 薄膜的主要性质
于激子带边发射,绿光发射则与ZnO 表层中以O 空位为主的深能级有关。ZnO 在可见光波段的吸收和发射光谱可参见文献。
电学性质未掺杂ZnO 薄膜室温载流子浓度主要取决于充当浅施主的间隙Zn
原子浓度。ZnO 薄膜的p 型掺杂是个备受关注的课题。Y.R.Ryu 等人用PLD 法
在GaAs 衬底上掺杂As 制得p-ZnO,受主浓度为1017~1021cm-3,紧束缚带边发射峰分别在3.32 eV 和3.36 eV[17]。M. Joseph 等人在400℃下用PLD 法进行Ga、N 共掺杂实现p 型转变,以ZnO(ω(Ga2O3)=5%)为靶材,N2O 为N 源, 进行电子回旋共振活化,p-ZnO 室温电阻率为0.5 Ω-cm,受主浓度为4 乘以1019 cm-3。T.Aoki 用准分子激光掺杂技术获得p-ZnO。
ZnO 薄膜的电学特性与制备方法及后续工艺条件有直接的依赖关系。电子束
蒸发制备的Al 掺杂ZnO 薄膜的电子浓度在1019~1021cm-3,室温电阻率为10-4 Ω-cm。溅射法制备AZO 薄膜的电学特性与溅射功率有很大关系。溅射
功率越大,薄膜的质量越好,这主要是因为溅射功率的提高有助于薄膜缺陷的减少,
增大晶粒尺寸,晶界的散射作用减轻,增大了载流子的平均自由程,从而使迁移率增大,薄膜的薄层电阻降低。反应溅射过程中,氧分压太低,薄膜的缺陷密度较高;氧
分压太高,薄膜的电阻率上升很快,通常在1~2mPa 比较合适。同样掺杂情况
下,ZnO 的施主浓度和受主浓度低于GaN,并且ZnO 的杂质、点缺陷以及位错的
浓度也低于GaN。ZnO 主要有导带底以下30meV、60meV 和340meV 三个施主能级。间隙Zn 原子是主要的浅施主,Vo 是深能级施主。总之,在点缺陷和位错浓
度低的情况下,ZnO 薄膜有较好的电学性质。
“半导体技术”2008年第二期趋势与展望 93－高k材料用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层（下） 翁妍，汪辉98－塑封微电子器件失效机理研究进展 李新，周毅，孙承松102－光电光窗的封接技术 李成涛，沈卓身技术专栏（新型半导体材料） 106－(Bi3.7Dy0.3)(Ti2.8V0.2)O12铁电薄膜的制备 及退火影响唐俊雄, 唐明华, 杨锋, 等109－掺Al富Si/SiO2薄膜制备及紫外发光特性研究 王国立, 郭亨群113－氧分压对锰掺杂氧化锌结构及吸收性能的影响 杨兵初, 张丽, 马学龙, 等117－升级冶金级Si衬底上ECR-PECVD沉积 多晶Si薄膜崔洪涛, 吴爱民, 秦福文, 等121－用XPS法研究SiO2/4H-SiC界面的组成 赵亮, 王德君, 马继开, 等126－Al在生长InGaN材料中的表面活化效应 袁凤坡, 尹甲运, 刘波, 等器件制造与应用 129－4H-SiC MESFET直流I-V特性解析模型 任学峰, 杨银堂, 贾护军133－6H-和4H-SiC功率VDMOS的比较与分析 张娟, 柴常春, 杨银堂, 等137－智能LED节能照明系统的设计赵玲, 朱安庆141－InP基谐振隧穿二极管的研究 李亚丽，张雄文，冯震，等144－氧化硅在改善双极型晶体管特性上的作用 王友彬，汪辉工艺技术与材料 147－低温退火制备Ti/4H-SiC欧姆接触 陈素华, 王海波, 赵亮, 等151－精密掩模清洗及保护膜安装工艺赵延峰封装、测试与设备 155－测量计算金属－半导体接触电阻率的方法 李鸿渐，石瑛160－热超声倒装过程中的建模和多参量仿真 李丽敏，吴运新，隆志力集成电路设计与开发 164－微波宽带单片集成电路二分频器的 设计与实现陈凤霞，默立冬，吴思汉167－基于分组网络结构NOC的蚁群路由算法 陈青, 郝跃, 蔡觉平171－基于ARM＋FPGA的大屏幕显示器 控制系统设计陈炳权176－新型异步树型仲裁器设计 徐阳扬，周端，杨银堂，等179－一种用于高速ADC的采样保持电路的设计 林佳明，戴庆元，谢詹奇，等技术产品专栏 183－飞思卡尔升级高品质车用i.MX应用处理器产业新闻 184－综合新闻
P型氧化锌薄膜的结构及其制备 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；发展前景 1ZnO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 ?，C=5.2066 ?。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。另外，ZnO的纤锌矿结构相当于0原子构成简单六方密堆积，Zn原子填塞于半数的四面体隙中。 图1 ZnO的晶体结构：（a）立方NaCl结构 （b）闪锌矿结构（c）六角纤锌矿结构 2.p型ZnO薄膜的制备方法 2.1分子束外延技术（MBE）
分子束外延(MBE)是一种真空蒸发技术,把原材料通过加热转化为气态,然后在真空中膨胀,再在衬底上凝结,进行外延生长。典型的MBE设备由束源炉、样品台和加热器、控制系统、超高真空系统(包括真空生长室和机械泵、分子泵、离子泵、升华泵等, 真空度可达到1×10- 8 Pa以上)和检测分析系统(高能电子衍射仪、离子溅射枪、俄歇分析仪和四极质谱仪等)组成。 矫淑杰等[2]利用分子束外延的方法, 采用高纯金属锌作为Zn源，通过射频等离子体源激发气体源NO产生激活的N和O,在蓝宝石c平面上外延生长了p型ZnO薄膜。当生长温度为300℃,NO气体流量为1.0sccm,射频功率为300W时,可获得了重复性很好的p型ZnO,且载流子浓度最大可达1.2×1019cm- 3,迁移率为0.0535 cm2/(V·s), 电阻率为9.50Ω·cm。 2.2超声喷雾热分解法(USP) 超声喷雾热分解法是由制备太阳能电池电极发展而来的, 通过将金属盐溶 液雾化后喷入高温区,使金属盐在高温下分解形成薄膜。在制备ZnO薄膜时，原料一般是溶解在醇类中的醋酸锌。此法非常容易实现掺杂,通过加入氯盐掺杂Al和In 等元素,可以获得电学性质优异的薄膜,还可以制备出具有纳米颗粒结构、性能优异的薄膜。喷雾热分解法在常压下进行, 可以减少真空环境下生长的ZnO 薄膜中的氧空位, 从而弱化施主补偿作用, 有利于p型掺杂的实现。虽然此法的设备与工艺简单, 但也可生长出与其他方法可比拟的优良的ZnO薄膜。 焦宝臣等[3]通过超声雾化热分解技术, 利用N-Al共掺的方法，在corning 7059衬底上制备了p型透明ZnO薄膜。以醋酸锌和醋酸氨分别作为ZnO源和N掺杂源,掺杂源Al由硝酸铝提供。制得的ZnO具有c轴择优生长，在可见光范围内的透过率达到90%以上，且电阻率为4.21Ω·cm、迁移率是0.22cm2/( V·s)、载流子浓度为6. 68×1018cm﹣3。 2.3磁控溅射法（MS） 磁控溅射是利用高能粒子轰击靶材,使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种工艺,主要分为直流磁控溅射、射频磁控溅射和中频磁控溅射。MS法要求较高的真空度(初始压强达1×10-4 Pa ,工作压强约为1×10-1Pa),合适的溅射功率及衬底温度,保护气体一般用高纯的氩气,反应气体为氧气。MS法适用于大面积沉积,可以通入不同的溅射气氛,靶材选择范围也比较广泛,因而能够有效实
中国组织工程研究第16卷第3期 2012–01–15出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research January 15, 2012 Vol.16, No.3 ISSN 1673-8225 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 527 纳米氧化锌抗菌性能及机制*★◆ 胡占江1，赵忠1，王雪梅2 Antibacterial properties and mechanism of nano-zinc oxide Hu Zhan-jiang1, Zhao Zhong1, Wang Xue-mei2 Abstract BACKGROUND: The zinc oxide has a good biocompatibility, security and long effectiveness, and can be used as a type of antibacterial material of active oxide category. OBJECTIVE: To summarize the antibacterial properties and mechanism of nano-zinc oxide (nano-ZnO). METHODS: A computer-based online search of related papers from December 1995 to February 2011 was performed in Elsevier (Science Direct) and Web of Science databases using the key words of “antibacterial properties of nano-ZnO” in English, and in CNKI and Wanfang databases using the key words of “antibacterial properties of nano-ZnO” in Chinese. Totally 75 literatures were selected. RESULTS AND CONCLUSION: The nano-ZnO has a strong bactericidal property in many fields. It can replace other materials of active oxide category based on its good biocompatibility, security and long effectiveness. The antibacterial properties and mechanism of nano-ZnO were summarized in this study from the sides of modified antibacterial properties and the effects of morphology and structure of nano-ZnO on antibacterial properties. However, more studies are in need to solve how to improve the utilization and antibacterial properties, and to expand the applications of nano-ZnO in antibacterial and other fields. Hu ZJ, Zhao Z, Wang XM. Antibacterial properties and mechanism of nano-zinc oxide. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2012;16(3):527-530. [https://www.doczj.com/doc/057152945.html, https://www.doczj.com/doc/057152945.html,] 摘要 背景：氧化锌作为一种活性氧化物类抗菌材料，拥有良好的生物相容性、安全性以及长效性。 目的：总结纳米氧化锌的抗菌性能及其抗菌机制。 方法：应用计算机检索1995-12/2011-02 Elsevier (ScienceDirect)及Web of Science期刊引文索引数据库相关文章，检索 词为“antibacterial properties of nano-zinc oxide”，并限定文章语言种类为English。同时计算机检索1995-12/2011-02 CNKI 学术总库及万方数据库相关文章，检索词为“纳米氧化锌抗菌性能”，并限定文章语言种类为中文。共检索到文献75篇。 结果与结论：纳米氧化锌在很多方面的杀菌性能都很强，并且由于其良好的生物相容性、安全性以及长效性，可以取代医学 上其他活性氧化物抗菌材料。文章从纳米氧化锌抗菌性能改性，以及形貌与结构对抗菌性的影响等方面，详细总结了纳米氧 化锌的抗菌性能及其抗菌机制，但是如何提高纳米氧化锌的利用率和杀菌性能，如何使纳米氧化锌应用于更多细菌的抑制或 更广阔的领域，都需要人们的继续努力。 关键词：纳米氧化锌；抗菌材料；抗菌机制；生物材料；综述文献 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.03.033 胡占江，赵忠，王雪梅．纳米氧化锌抗菌性能及机制[J].中国组织工程研究，2012，16(3):527-530. [https://www.doczj.com/doc/057152945.html, https://www.doczj.com/doc/057152945.html,] 0 引言 近年来随着资源的过度开发，环境破坏日益严重，由此导致各种致病细菌、真菌和病毒引起的疾病(例如非典，禽流感，猪流感等)严重威胁着人类的健康，因此，各种抗菌材料(也称抗菌剂)成为医学研究的重点。其中无机抗菌材料由于其优良的安全性、耐久性、缓释性和化学稳定性，且使用方便，得到了越来越重要的应用。目前应用比较广泛的无机抗菌材料主要有：银系抗菌材料、金属离子抗菌材料、光催化抗菌材料、活性氧化物类抗菌材料等。活性氧化物类抗菌材料拥有良好的生物相容性、安全性以及长效性，越来越受到青睐。对于活性氧化物抗菌材料的研究，人们最先关注的是以氧 化锌(ZnO)、氧化钙、氧化镁为代表的活性氧化 物，发现它们都具有良好的抗菌性，甚至较低浓 度的氧化物在无光条件下也显示出了优异的抗 菌性能。ZnO是一种宽禁带Ⅱ，Ⅵ族化合物半导 体材料，具有规整的六角形纤锌矿结构，本身为 白色，稳定性好，高温下不变色、不分解、价格 低廉、资源丰富，己成为无机抗菌剂研究的热点 之一。关于ZnO抗菌性能的研究[1]，称ZnO的光催 化活性甚至强于二氧化钛，在很多方面，ZnO完 全可以作为二氧化钛的替代材料。二氧化钛在未 进行紫外光照射时是一种生物兼容性很好的材 料，但是经使用UVA进行照射后，又可以显示出 极强的细胞毒性[2-3]。因此，与二氧化钛相比ZnO 更具有实用价值。 1Key Laboratory for Magnetism and Magnetic Materials of the Ministry of Education, School of Physical Science and Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu Province, China; 2School of Stomatology, Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu Province, China Hu Zhan-jiang★, Master, Key Laboratory for Magnetism and Magnetic Materials of the Ministry of Education, School of Physical Science and Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu Province, China huzj2010@ https://www.doczj.com/doc/057152945.html, Correspondence to: Wang Xue-mei, Lecturer, School of Stomatology, Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu Province, China w_xuemei@ https://www.doczj.com/doc/057152945.html, Supported by: Natural Science Foundation of Gansu Province, No. 1010RJZA112* Received: 2011-05-13 Accepted: 2011-07-30 1兰州大学物理科 学与技术学院，磁 学与磁性材料教 育部重点实验室， 甘肃省兰州市 730000；2兰州大 学口腔医学院，甘 肃省兰州市 730000 胡占江★，男， 1984年生，河北 省邯郸市人，满 族，2010年邯郸 学院毕业，硕士， 主要从事表面物 理化学的研究。 huzj2010@ https://www.doczj.com/doc/057152945.html, 通讯作者：王雪 梅，讲师，兰州大 学口腔医学院，甘 肃省兰州市 730000 w_xuemei@ https://www.doczj.com/doc/057152945.html, 中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号: 1673-8225 (2012)03-00527-04 收稿日期：2011-05-13 修回日期：2011-07-30 (20110513019/WL·L)
氧化物薄膜半导体材料的研制及应用 ZnO 薄膜的结构、性能应用和制备 摘要:介绍了宽禁带半导体ZnO 薄膜的结构、主要性质、制备工艺和应用等几方面内容。 关键词:ZnO 薄膜;结构;性质;制备 Abstract:The crystal structure,basic performance, and preparation of ZnO films with wide forbidden band were reviewed. Key words: ZnO thin film;crystal structure;nature;preparation 1 引言 ZnO是II- VI 族宽禁带直接带隙化合物半导体, 室温下禁带宽度约为3.3 eV, 激子束缚能为60 meV,可以实现室温下的激子发射。自1997年报道了ZnO薄膜紫外受激发射现象以后,成为半导体材料研究热点,与GaN、SiC 一起被称为第三代半导体材料。但目前ZnO薄膜之所以并没有达到广泛应用的地步,有两个重大难题:一是如何实现ZnO 的高浓度P型掺杂从而制作出p-n结;二是如何制备高质量ZnO薄膜。[1]本文对ZnO薄膜结构、性质、制备等做了部分总结,为制备一些高质量ZnO 薄膜及应用提供一些参考。 2 ZnO及ZnO薄膜的结构 ZnO晶体一般情况下为六方纤锌矿结构,具有六方对称性,6mm点群,P63mc空间群,晶格常数a=0.325nm,c=0.521nm。值得注意的是ZnO的纤锌矿结构相当于O 原子构成简单六方密堆积,Zn原子则填塞于半数的四面体隙中,而半数四面体隙是空的。因此,ZnO具有相对开放的晶体结构,外来掺杂物容易进入其晶格中而不改变晶体结构,这就为外来掺杂创造了条件。[2]优质的ZnO薄膜具有C轴择优取向生长的众多晶粒,每个晶粒也都是生长良好的六角形纤锌矿结构[3],根据其外来掺杂的特殊性可具备多种应用特性。
纳米氧化锌综述 概述 纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，晶体为六方结构，其颗粒大小约在1～100纳米。纳米氧化锌由于颗粒小、比表面积大而具有许多其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的特殊的性质，呈现表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点[1]。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。由于纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景，因此研发纳米氧化锌已成为许多科技人员关注的焦点。 纳米氧化锌的性质 纳米氧化锌是一种半导体催化剂的电子结构，在光照射下，当一个具有一定能量的光子或者具有超过这个半导体带隙能量Eg的光子射入半导体时，一个电子从价带NB激发到导带CB，而留下了一个空穴。激发态的导带电子和价带空穴能够重新结合消除输入的能量和热，电子在材料的表面态被捕捉，价态电子跃迁到导带，价带的孔穴把周围环境中的羟基电子抢夺过来使羟基变成自由基，作为强氧化剂而完成对有机物（或含氯）的降解，将病菌和病毒杀死[2]。 纳米氧化锌的制备 1.纳米氧化锌的液相化学制备技术 除了能够准确控制粒子的化学组成外，液相法与其它化学制备技术相比还具有设备简单、批量大、原料易得、相对来说粒子大小集中、晶相结构及形状容易控制、产物活性好、成本低等特点。液相法可以分为沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热合成法、溶剂蒸发法等。 1．1化学沉淀法 1．1．1直接沉淀法 直接沉淀法是直接混合制备氧化锌的锌盐与沉淀剂溶液的方法，特点是条件易于控制，操作简单，适于大批量制备粉体材料，其缺点是副产物离子的洗涤较困难，且产物粒径分布较宽，干燥过程中粒子易于团聚。郭志峰等[3]向乙酸锌溶液滴加草酸，同时搅拌，伴有草酸锌沉淀生成。将沉淀物送入烘箱烘干，烘干的草酸锌粉末置洗净坩埚中，在箱式电阻炉中反应，制得氧化锌晶体。 1．1．2 均匀沉淀法 均匀沉淀法是将反应物之一通过化学反应缓慢释放出来并导致沉淀反应发生的技术，因此混合反应物溶液沉淀反应并不立即发生。其特点是避免了直接沉淀法中的局部过浓，从而大大降低沉淀反应的过饱和度。洪若瑜等[4]采用连续微波加热用硫酸锌和尿素制备了粒径为8～30nm的纳米氧化锌。 1．2溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是以无机盐或金属醇盐为前驱物，经水解缩聚过程逐渐胶化，然后作相应处理得到所需纳米粉体，方法多采用有机溶剂。该方法合成的粉体纯度高，化学成分均匀，颗粒度小且分布范围窄。溶液的pH值、浓度、反应时间及温度均是影响溶胶-凝胶质量的主要因素。 Tianbao Du等[5]采用溶胶-凝胶浸渍涂布技术制备了氧化锌半导体薄膜，他 们以耐热玻璃为模板，在不断搅拌中把模板加入Zn( CH 3C00) 2 /乙醇溶液中，取出
实验报告 PB13203265 李颖杰19组实验题目：氧化锌薄膜的制备 实验目的：学习制备氧化锌薄膜 实验原理： 1 制备技术概论 溅射是制备透明导电薄膜的最主要的工艺之一。溅射过程包括在阴阳极之间加一定电压，使惰性气体(如Ar)产生等离子体，靶材为阴极，衬底为阳极，等离子体中的高能离子Ar+轰击靶材料，由于动量传输，使靶材粒子逸出表面，弥散开来，并沉积在衬底表面上形成薄膜，溅射时的气压通常为10-2至10-3tor。 目前已应用的有DC,RF和磁控溅射的反应和不反应形式。下左图表示在反应溅射中溅射速率与氧分压的典型关系(功率一定时)．在低氧分压下，金属原子从靶上溅射下来，仅在衬底表面上发生氧化；在高的氧分压下，靶表面发生氧化，溅射速率明显下降，这是因为化合物的溅射通常要比金属的溅射慢得多。下右图表示在一定溅射功率下氧分压与氧流速的关系．直线表示等离子体点火之前的情况。而“磁滞”效应曲线发生在溅射之后．氧气流速达到B点时，靶表面的氧化发生，溅射速率下降，氧分压迅速增加；而当氧气流速重新退到C点时，靶表面氧化物耗尽，金属显露出来，溅射速率迅速上升氧分压迅速下降到金属溅射的情况。在AB段的溅射，形成富金属薄膜，需要在高浓度氧气中退火，形成ZnO，而在DC段溅射，形成氧化物薄膜，只需要较低氧气浓度中进行退火即可得到好的ZnO膜。为了保证薄膜的重复性生产，需尽量避免在过渡区附近工作。
2 直流溅射法和射频磁控溅射法生长ZnO 2.1 总论 用溅射工艺已制备了优质的ZnO薄膜，靶材为Zn-Al合金，也可为ZnO粉末和Al2O3粉膜的混合物烧结而成．靶中Al的含量通常为3-5wt%,Al掺入ZnO中通常使ZnO的结晶性质变坏，晶粒尺寸由200nm减至100nm．用合金靶生长的膜的沉积速率是O2分压和溅射功率的函数．随总压力变化很小，左下图表示在DC磁控溅射ZnO膜过程中，沉积速率与溅射功率的关系．在低溅射功率下，靶表面被非化学比地氧化了，溅射下来的粒子在输运和生长过程中进一步被氧化．如果功率增加，溅射下来的粒子数也增加。这意味要消耗更多的氧原子，使靶表面和溅射粒子氧化．随着功率的增加，可提供氧化靶表面的氧原子数目在减少，使靶的表面呈现更多的金属性。在氧气氛中600℃下退火30分钟，将改善薄膜质量，此与溅射沉积过程所使用的氧气分压无关．利用合金靶的DC反应溅射中，在较高的氧气分压下首先氧化靶表面,然后DC溅射氧化的靶表面．在溅射过程中，如维持DC电压不变，发现放电电流则随时间不断下降。如右下图所示 3.2 溅射制膜技术 (a)溅射的原理与设备结构 所谓溅射工艺，就是向高真空系统中充入少量所需的气体(如氩，氮，氧等)。气体分子在强电场作用下电离而产生辉光放电．气体电离后产生的带正电荷的离子受电场加速而形成高能量离子流，它们撞击在设置在阴极的靶表面上，使靶表面的原子飞溅出来，以自由原子形式或与反应气体分子形成化合物的形式淀积到衬底表面上形成薄膜层．这个过程就是溅射的基本原理．溅射设备的主体部分大致可分为两部分：即真空获得部分和电源部分。真空部分和镀膜机没有什么区别，所不同的是：溅射真空系统内装有永久性磁钢，用于产生垂直于靶表面的磁场。此磁场的主要功
ZnO及其纳米结构的性质与应用 本文将综述ZnO及其纳米结构的性质与应用等方面的内容。 1.ZnO的形貌与晶体结构 按形貌来分，有单晶ZnO，薄膜ZnO、纳米结构ZnO，纳米结构又分为纳米点、纳米颗粒、纳米线、纳米棒（纳米柱）、纳米管、纳米花、纳米片（纳米带）、纳米弹簧、纳米环、纳米梳、纳米钉（纳米针）、纳米笼、纳米四足体、塔状纳米结构、盘状纳米结构、星状纳米结构、支状纳米结构、中空纳米微球、纳米阵列等。 按晶体结构来分，ZnO又有六方对称铅锌矿结构、四方岩盐矿结构和闪锌矿结构，其中六方对称铅锌矿结构为稳定相结构。 在不同的环境下制备出的ZnO的结构与形貌都不尽相同，而不同的结构与形貌又表现出不同的性质，有不同的应用。 2.ZnO的性质及应用 纳米氧化锌材料具有诸多优良的性质，总的来说，可分为三个方面，一是作为半导体材料所具有的性质，二是作为纳米材料而具有的性质，三是其自身独有的性质。 2.1作为半导体材料的ZnO 在半导体产业中，一般将Si、Ge称为第一代半导体材料；将GaAs(砷化镓) 、InP(磷化铟) 、GaP(磷化镓)等称为第二代半导体材料；而将宽禁带( Eg >2. 3eV) 的SiC(碳化硅) 、GaN(氮化镓)和金刚石等称为第三代半导体材料。[1]通常状态下，ZnO是直接宽带隙n型半导体材料，室温下的禁带宽度是3.3eV，是第三代半导体材料中的典型代表。因而其具有第三代半导体材料所具有的诸多优良性质，比如发光特性、光电特性、电学性质、压阻特性、铁磁性质等。 2.1.1发光特性 在半导体中，处于激发态的电子可以向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放出能量，这就是半导体的发光现象。[2]LED产业中比较有代表性的半导体材料是GaN、SiC、ZnO和金刚石，虽然GaN 与SiC的工艺已经比较成熟，但SiC发光效率低，而ZnO在某些方面具有比GaN更优越的性能，如：熔点、激子束缚能和激子增益更高、外延生长温度低、成本低、易刻蚀而使后继工艺加工更方便等。[1]此外，ZnO还具有紫外激光发射行为，因而可用作紫外激光器，由于其波长比GaN所发蓝光更短，因而更受青睐。 2.1.2光电特性 ZnO 薄膜中掺Al使其禁带宽度显著增大，具有较高的光透过率。在可见光区，光透过率达90%。高的光透过率和大的禁带宽度使其可作为太阳能电池窗口材料、低损耗光波导器件及紫外光探测器。[3] 2.1.3电学性质 目前已经可以合成质量好的ZnO单晶，在这种单晶中一般存在较低的本底杂质、点缺陷及位错浓度，从而显示出较好的电学性质。[4]此外，尽管ZnO的迁移率低于GaN，但ZnO的饱和速率却高于GaN，这表明ZnO适于高频器件。[5] 2.1.4压阻特性 对半导体施加应力时，除产生形变外，能带结构也要相应地发生变化，因而材料的电阻率就要改变。[2]ZnO压敏材料受到外加电压时，存在一个阈值电压，当外加电压高于该值时即进入击穿区，此时电压的微小变化即会引起电流的迅速增大。由于具有这种特征，ZnO压敏材料在各种电器设备的电压保护、稳压和浪涌电压吸收等方面都起着重要作用。[3] 2.1.5铁磁性质 Dietl预言在p型ZnO通过Mn掺杂将可以实现室温下载流子控制的铁磁性，通过控制半导体中自旋可以生产相关的器件：如自旋光发射二极管、自旋场效应管及量子计算机的自旋量子位等。[4]
第三章薄膜制造技术 光学薄膜可以采用物理汽相沉积（PVD)和化学液相沉积（CLD)两种工艺来获得。CLD工艺简单，制造成本低，但膜层厚度不能精确控制，膜层强度差，较难获得多层膜，废水废气对环境造成污染，已很少使用。 PVD需要使用真空镀膜机，制造成本高，但膜层厚度能够精确控制，膜层强度好，目前已广泛使用。 PVD分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。 制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识 用物理方法制作薄膜，概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量，使它分解为原子、分子或少数几个原子、分子的集合体（从广义来说，就是使其蒸发），并使它们在其他位置重新结合或凝聚。 在这个过程中，如果大气与蒸发中的物质同时存在，那就会产生如下一些问题： ①蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒，难以制得均匀平整的薄膜； ②空气分子进入薄膜而形成杂质； ③空气中的活性分子与薄膜形成化合物； ④蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成 化合物，从而不能进行正常的蒸发等等。 因此，必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去，这个 过程称为抽气。空气压力低于一个大气压的状态称为真空， 而把产生真空的装置叫做真空泵，抽成真空的容器叫做真空 室，把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备。制作 薄膜最重要的装备是真空设备． 真空设备大致可分为两类：高真空设备和超高真空设备。二 者真空度不同，这两种真空设备的抽气系统基本上是相同 的，但所用的真空泵和真空阀不同，而且用于真空室和抽气 系统的材料也不同，下图是典型的高真空设备的原理图，制 作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类。 下图是超高真空设备的原理图，在原理上，它与高真空设备 没有什么不同，但是，为了稍稍改善抽气时空气的流动性， 超高真空设备不太使用管子，多数将超高真空用的真空泵直 接与真空室连接，一般还要装上辅助真空泵（如钛吸气泵） 来辅助超高真空泵。 3.1 高真空镀膜机 1.真空系统 现代的光学薄膜制备都是在真空下获得的。普通所说的 真空镀膜，基本都是在高真空中进行的。 先进行(1)然后进行(2)。因为所有的（超）高真空泵只有在真空室的压力降低到一定程度时才能进行工作，而且在高真空泵（如油扩散泵）中，要把空气之类的分子排出，就必须使排气口的气体压力降低到一定程度。 小型镀膜机的真空系统 低真空机械泵+高真空油扩散泵+低温冷阱
湖南工业大学 课程设计 资料袋理学院<系、部） 2018 学年第下学期 课程名称材料科学导论指导教师李雪勇职称讲师 学生姓名谷文红专业班级应用物理071班学号07411200123 题目太阳能ZnO薄膜材料的制备工艺设计 成绩起止日期 2018 年12月13日～2018 年12月17日 目录清单 湖南工业大学
课程设计任务书 2009 —2018 学年第 2 学期 理学院学院<系、部）应用物理学专业 071 班级 课程名称：材料科学导论 设计题目：太阳能ZnO薄膜材料的制备工艺设计 完成期限：自 2018 年12月13日至 2018 年12月17日共1 周
指导教师<签字）：年月日 系<教研室）主任<签字）：年月日
<材料科学 导论） 设计说明书 太阳能ZnO薄膜材料的制备工艺设计 起止日期： 2018年12月13日至 2018 年12月17日 学生姓名谷文红 班级应用物理学 学号07411200123 成绩 指导教师(签字> 理学院
太阳能ZnO薄膜材料的制备工艺设计 谷文红湖南工业大学应用物理071班 07411200123 摘要：为了降低太阳电池的造价, 近年来掀起晶体ZnO薄膜太阳电池的研究热潮。基于同一个目的, 试图研究设计太阳能ZnO薄膜材料的制备工艺。本文主要从太阳能ZnO薄膜材料的应用及性能研究状况和发展趋势，着重介绍该材料的各种制备工艺，并就其中一种工艺进行设计，以研究出更趋完善的制备方法。 关键词：太阳能ZnO。薄膜材料。制备工艺设计 1、引言 近年来，由予光电子器件快速发展，尤其是GaN研究进程的加快，光电材料成为研究的重点。透明氧化物(Transparent Conduc．tive Oxide简称TCO>薄膜具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等特性，其研究与开发同样得到飞速的发展， 现已广泛地应用于太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口层以及光电器件领域。其主要包括In、Sb、zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，而以掺锡氧化铟(Tin—Doped IndiumOxide简称I，I'O膜>薄膜为代表透明导电薄膜材料的研究较成熟，应用最为广泛，美日等国也已经投入批量生产。但金属铟价格十分昂贵，相对来说，制备氧化锌薄膜的原材料来源广泛、价格低廉、毒性小。特别用znO制作固体激光器，激发波长有向短波方向发展的趋势，掺铝氧化锌膜(znO：A1>?也有同rI’O膜可比拟的光学电学性质，使znO化合物成为半导体材料中一个新的研究热点，开始逐步应用到众多领域中。 2、ZnO薄膜材料的应用及性能研究状况
纳米氧化锌的部分特性 薛元凤051002231 摘要：纳米材料的物理化学性能与其颗粒的形状、尺寸有着密切的关系。因此，单分散纳米材料的制备及其与尺寸相关的性能研究成为近几年人们研究的热点之一。ZnO作为一种宽禁带半导体具有独特的性质，在纳米光电器件、光催化剂、橡胶、陶瓷及化妆品领域有着广阔的应用前景，随着对不同形状的纳米ZnO的制备及其相关的性能研究不断升温，对其应用方面的研究进展不断深入，单分散纳米ZnO材料已经引起了人们越来越广泛的关注。ZnO作为一种宽禁带，高激子结合能的氧化物半导体，以其优越的磁、光、电以及环境敏感等特性而广泛地应用于透明电子元件、UV 光发射器、压电器件、气敏元件以及传感器等领域。ZnO 本身晶格结 构特点决定了在众多的氧化物半导体中是一种晶粒形态最丰富的材料。本文主讲纳米氧化锌紫外屏蔽、光电催化、气敏、磁性等特性，及纳米氧化锌在生活中、工厂作业中的用途。 关键词：紫外屏蔽光电催化气敏导电性磁性 1 引言 随着纳米科学的发展，人类对自然的认识进入到一个新的层次。材料的新性质被逐渐发掘!认识，新的理论模型被提出"著名学者钱学森院士预言：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是二十一世纪的又一次产业革命”。 纳米ZnO具有优异的光、电、磁性能，在当今一些材料研究热点领域表现活跃。与普通ZnO相比，纳米ZnO颗粒尺寸小，微观量子效应显著，展现出许多材料科学家渴望的优异性质，如压电性，荧光性，非迁移性，吸收和散射电磁波能力等。大量科研工作集中于纳米ZnO材料的制备、掺杂和应用等方面。制备均匀、稳定的纳米ZnO是首要任务，获得不同形貌的纳米结构，如纳米球、纳米棒、纳米线、纳米笼、纳米螺旋、纳米环等，将这些新颖的纳米结构材料所具有的独特性能，应用到光电、传导、传感，以及生化等领域，取得了可喜的成绩。世界各国相继大量投入，开发和利用纳米ZnO材料，使其在国防，电子，化工，冶金，航空，生物，医学和环境等方面具发挥更大的作用。 2简介 纳米氧化锌(ZnO)问世于20世纪80年代，其晶体结构为六方晶系P63mc空间群，纤锌矿结构，白色或浅黄色的晶体或粉末，无毒，无臭，系两性氧化物，不溶于水和乙醇，溶解于强酸和强碱，在空气中易吸收二氧化碳和水，尤其是活性氧化锌。
LED芯片知识大解密 1、led芯片的制造流程是怎样的? LED芯片制造主要是为了制造有效可靠的低欧姆接触电极，并能满足可接触材料之间最小的压降及提供焊线的压垫，同时尽可能多地出光。渡膜工艺一般用真空蒸镀方法，其主要在1.33×10?4Pa高真空下，用电阻加热或电子束轰击加热方法使材料熔化，并在低气压下变成金属蒸气沉积在LED照明材料表面。一般所用的P型接触金属包括AuBe、AuZn等合金，N面的接触金属常采用AuGeNi合金。镀膜后形成的合金层还需要通过光刻工艺将发光区尽可能多地露出来，使留下来的合金层能满足有效可靠的低欧姆接触电极及焊线压垫的要求。光刻工序结束后还要通过合金化过程，合金化通常是在H2或N2的保护下进行。合金化的时间和温度通常是根据LED照明材料特性与合金炉形式等因素决定。当然若是蓝绿等芯片电极工艺还要复杂，需增加钝化膜生长、等离子刻蚀工艺等。 2、LED芯片制造工序中，哪些工序对其光电性能有较重要的影响? 一般来说，LED外延生产完成之后她的主要电性能已定型，芯片制造不对其产甞核本性改变，但在镀膜、合金化过程中不恰当的条件会造成一些电参数的不良。比如说合金化温度偏低或偏高都会造成欧姆接触不良，欧姆接触不良是芯片制造中造成正向压降VF偏高的主要原因。在切割后，如果对芯片边缘进行一些腐蚀工艺，对改善芯片的反向漏电会有较好的帮助。这是因为用金刚石砂轮刀片切割后，芯片边缘会残留较多的碎屑粉末，这些如果粘在LED芯片的PN结处就会造成漏电，甚至会有击穿现象。另外，如果芯片表面光刻胶剥离不干净，将会造成正面焊线难与虚焊等情况。如果是背面也会造成压降偏高。在芯片生产过程中通过表面粗化、划成倒梯形结构等办法可以提高光强。 3、LED芯片为什么要分成诸如8mil、9 mil、…，13∽22 mil，40 mil等不同尺寸?尺寸大小对LED光电性能有哪些影响? LED芯片大小根据功率可分为小功率芯片、中功率芯片和大功率芯片。根据客户要求可分为单管级、数码级、点阵级以及装饰照明等类别。至于芯片的具体尺寸大小是根据不同芯片生产厂家的实际生产水平而定，没有具体的要求。只要工艺过关，芯片小可提高单位产出并降低成本，光电性能并不会发生根本变化。芯片的使用电流实际上与流过芯片的电流密度有关，芯片小使用电流小，芯片大使用电流大，它们的单位电流密度基本差不多。如果10mil 芯片的使用电流是20mA的话，那么40mil芯片理论上使用电流可提高16倍，即320mA。但考虑到散热是大电流下的主要问题，所以它的发光效率比小电流低。另一方面，由于面积增大，芯片的体电阻会降低，所以正向导通电压会有所下降。 4、LED大功率芯片一般指多大面积的芯片?为什么? 用于白光的LED大功率芯片一般在市场上可以看到的都在40mil左右，所谓的大功率芯片的使用功率一般是指电功率在1W以上。由于量子效率一般小于20?大部分电能会转换成热能，所以大功率芯片的散热很重要，要求芯片有较大的面积。 5、制造GaN外延材料的芯片工艺和加工设备与GaP、GaAs、InGaAlP相比有哪些不同的要求?为什么? 普通的LED红黄芯片和高亮四元红黄芯片的基板都采用GaP 、GaAs等化合物LED照明材料，一般都可以做成N型衬底。采用湿法工艺进行光刻，最后用金刚砂轮刀片切割成芯片。GaN材料的蓝绿芯片是用的蓝宝石衬底，由于蓝宝石衬底是绝缘的，所以不能作为LED
开题报告 电气工程与自动化 ZnO-SnO2透明导电薄膜光电特性研究 一、选题的背景与意义： 随着电子信息产业的迅猛发展，透明导电薄膜材料被广泛应用于半导体集成电路、平面显示器、抗静电涂层等诸多领域，市场规模巨大。 1. 透明导电薄膜的概述 自然界中往往透明的物质不导电,如玻璃、水晶、水等，导电的或者说导电性好的物质往往又不透明,如金属材料、石墨等。但是在许多场合恰恰需要某一种物体既导电又透明,例如液晶显示器、等离子体显示器等平板显示器和太阳能电池光电板中的电极材料就是需要既导电又透明的物质。透明导电薄膜是薄膜材料科学中最重要的领域之一，它的基本特性是在可见光范围内，具有低电阻率，高透射率，也就是说，它是一种既有高的导电性，又对可见光有很好的透光性，而对红外光有较高反射性的薄膜。正是因为它优异的光电性能，它被广泛的应用在各种光电器件中，例如：平面液晶显示器（LCD），太阳能电池，节能视窗，汽车、飞机的挡风玻璃等。自从1907年Badeker制作出CdO透明导电薄膜以后，人们先后研制出了In2O3，SnO2，ZnO等为基体的透明导电薄膜。目前世界研究最多的是掺锡In2O3（简称ITO）透明导电薄膜，掺铝ZnO（简称AZO）透明导电薄膜。同时，人们还开发了CdInO4、Cd2SnO4、 Zn2SnO4等多元透明氧化物薄膜。 2. SnO2基薄膜 SnO2（Tin oxide，简称TO）是一种宽禁带半导体材料，其禁带宽度Eg=3.6eV，n 型半导体。本征SnO2薄膜导电性很差，因而得到广泛应用的是掺杂的SnO2薄膜。对于SnO2来说，五价元素的掺杂均能在禁带中形成浅施主能级，从而大大改善薄膜的导电性能。目前应用最多、应用最广的是掺氟二氧化锡（SnO2:F，简称FTO）薄膜和掺锑二氧化锡（SnO2:Sb,简称ATO）薄膜。SnO2:Sb薄膜中的Sb通常以替代原子的形式替代Sn的位置。掺杂Sb浓度不同，电阻率不同，最佳Sb浓度为0.4%-3%（mol）的范围对应电阻率为10-3Ω·cm，可见光透过率在80%-90%。SnO2:F薄膜热稳定性好、化学稳定性好、硬度高、生产设备简单、工艺周期短、原材料价格廉价、生产成本
纳米ZnO2的制备 实验报告 班级：应091-4 组号：第九组 指导老师：翁永根老师 成员：任晓洁 1428 邵凯 1429 孙希静 1432 【实验目的】 1.了解纳米氧化锌的基本性质及主要应用 2.通过本实验掌握纳米氧化锌的制备方法
3.对于纳米氧化锌的常见产品掌握制备原理和方法，并学会制备简易产 品。 4.通过本实验复习并掌握EDTA溶液的配制和标定，掌握配位滴定的原 理，方法，基准物质的选择依据以及指示剂的选择和pH的控制。 5.掌握基础常用的缓冲溶液的配制方法和原理。 6.加深对实验技能的掌握及提高查阅文献资料的能力。 【实验原理】 1. 超细氧化锌是一种近年来发展的新型高功能无机产品，晶体为六方结构，其颗粒大小约在1～100纳米。纳米氧化锌由于颗粒小、比表面积大而具有许多其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的特殊的性质，呈现表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景。 2. 纳米氧化锌的制备方法主要有：水热法，均相沉淀法，溶胶一凝胶法，微乳液法，直接沉淀法 3. 本工艺是将锌焙砂（主要成份是ZnO，主要伴生元素及杂质为铁，铜，铅，镍，铬，镍，此外，还含有其它微量杂质，因而用锌焙砂直接酸浸湿法生产活性氧化锌，必须利用合理的酸浸及除杂工艺，分离铅，脱铁、锰，除钙、镁等重金属）与硫酸反应，生产出粗制硫酸锌，加高锰酸钾、锌粉等，经过提纯得到精制硫酸锌溶液后，再经碳化母液沉淀，制得碱式碳酸锌，最后经烘干，煅烧制成活性氧化锌成品。 4. 氧化锌含量的测定采用配位滴定法测定，用NH3-NH4Cl缓冲溶液控 制溶液pH≈10,以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液进行滴定，其主要反应如下： 在氨性溶液中： Zn2++4NH3?Zn(NH3)42+ 加入EBT（铬黑T）时： Zn(NH3)42++EBT（蓝色）?Zn-EBT（酒红色）+4NH3 滴定开始-计量点前： Zn(NH3)42++EDTA?Zn-EDTA+4NH3 计量点时： Zn-EBT（酒红色）+EDTA?Zn-EDTA+EBT（蓝色）
薄膜的作用 氧化锌是重要的Ⅱ-Ⅳ族半导体氧化物，其禁带宽度和激子束缚能都高于GaN和ZnSe等蓝光发光材料；ZnO属宽带能带材料，具有3.37eV的直接带隙，在室温下就有光致发光效应。能有效工作于室温及更高温度，而且光增举益系数高于GaN。另外氧化锌与GaN具有极为相近的晶格常数和禁带宽度（3.37eV），在紫外光探测和发射方面具有很好的应用潜力。同时它还具有很高的热稳定性和较强的抗辐射损伤能力，原料廉价，薄膜外延生长温度低。这些估异特性使得氧化锌薄膜在表面声波器件，太阳能电池，气敏湿敏传感大器和压电器件等诸多领域得到广泛应用。 氧化锌薄膜是一种理想的透明电薄膜，可见光透射率高达90%。氧化锌薄膜在器件中的应用研究表明：良好的C轴取向可以提高声电转换效率；平坦的表面可以减少SAW的散射，降低SAW的传播损耗；高电阻率可以降低SAW器件的工作损耗。 氧化锌可用于汽车前灯的光源-放电灯。这种放电灯是一种紫外线灯，其放射的紫外线辐射对人体的健康是有害的。紫外线照射眼睛时，可引起急性角膜炎；照射皮肤时，可引起血管扩张，出现红斑，过量照射可产生弥漫性红斑，并可形成小水泡和水肿，长期照射可使皮肤干燥，失去弹性和老化。紫外线与煤焦油、沥青、石蜡等同时作用皮肤时，可引起光感性皮炎。 氧化锌薄膜可改变紫外线光谱，故能吸收紫外线辐射。该薄膜对光线透明，会选择性吸收由前灯放射出的紫外线辐射。这种氧化锌薄
膜能防止人体接触紫外线辐射，避免紫外线对人体的伤害。 另氧化锌薄膜是一种气体敏感材料，氧化锌薄膜对酒精，丙酮等气体表现出良好敏感性。其经某些元素掺杂之后对有害气体，可燃气体，有机蒸汽等具有良好的敏感性。用其制备的传感器可用于健康检测，监测人的血液酒精浓度以及监测大气中的酒精浓度等。 ★了解更多资料，请咨询龙力化工:旺旺thl22