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
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。
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
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
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
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
第25卷 第6期2009年3月 甘肃科技 Gansu Science and Techno logy Vol.25 N o.6 M ar. 2009氧化锌薄膜的制备技术* 李 勇,马书懿,李锡森,蔡利霞 (西北师范大学物理与电子工程学院,甘肃兰州730070) 摘 要:介绍了氧化锌薄膜的制备方法,主要有物理和化学两种方法。物理方法有:分子束外延法(M BE),脉冲激光溅射沉积法(PLD)以及磁控溅射法;化学方法有:溶液镀膜法和各种化学气相淀积(CVD)。重点讨论了磁控溅射法的优缺点及展望。 关键词:脉冲激光沉积;化学气相淀积;磁控溅射法 中图分类号:O472.3 1 引言 ZnO薄膜是一种直接型宽禁带化合物半导体材料,具有优异的压电、光电性能以及高化学与力学稳定性,而且ZnO薄膜的生长温度较低,电子诱生缺陷少,原料价格低,制备方法简单,材料安全环保,因而在太阳电池、液晶显示器、发光二极管(LED)以及其他光电元器件领域显示了广阔的应用前景。目前,ZnO薄膜的制备技术有很多,如,分子束外延(MBE)、激光沉积(PLD)、化学气相沉积(C VD)、磁控溅射、离子束辅助沉积以及溶胶凝胶法等。其中磁控溅射技术由于其主要的工艺参数,如工作气氛的压强和组分、溅射功率、靶与衬底间距、衬底温度等易于控制,容易实现所需性能薄膜的大面积均匀化沉积,而且具有重复性好、可靠性和沉积效率高而成为适于工业化生产的技术。 2 各种制备技术 2.1 溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是20世纪60年代发展起来的一种材料制备方法。自1971年,D i d icih首次通过溶胶一凝胶法制备出多元氧化物固体材料以后,溶胶一凝胶法就越来越受到人们的瞩目。溶胶一凝胶法制备透明导电膜主要是通过喷涂或浸涂的方法将待镀材料的溶液(一般为可溶性盐溶液),均匀地涂覆于加热的衬底上,使喷涂或浸涂上的溶液发生水解反应,从而形成透明导电膜。 2.2 化学气相沉积法 CVD方法是通过把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片,利用加热、等离子体、紫外光乃至激光等能源,借助气相作用在基片表面的化学反应(热分解或化学合成)生成要求的薄膜。其中,MOVC O法成膜质量高,并且能实现高速度、大面积、均匀、多片一次生长,符合产业化要求,因此,成为人们研究的重点。MOC VD法的缺点是原料化学性质不稳定、有毒且价格昂贵,尾气需要专门设备处理。 2.3 分子束外延法 分子束外延(M BE)是一种可以达到原子级控制的薄膜生长方法,典型的M BE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 10-8Pa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。M BE生长薄膜的最大优势在于:能够精确控制沉积参数,而且借助于高能电子衍射枪(RH EED),可以动态实时的监测薄膜外延生长模式;缺点是生长太慢,难以用于生产,生长多组分薄膜困难,生长温度不能太高。 2.4 脉冲激光溅射沉积法 脉冲激光溅射沉积法(PLD)是20世纪80年代后期发展起来的一种薄膜沉积方法。高能量的脉冲激光轰击靶材表面,使靶材瞬时熔化,形成高温高速的等离子羽辉,沉积到衬底上形成薄膜。PLD的优点是操作简单,反应过程迅速;沉积过程中相对原子浓度基本保持不变,制备的薄膜接近理想配比。缺点是对薄膜厚度,成膜的均匀性不好控制,而且难以实现大尺寸均匀成膜,如图1所示。 *基金项目:国家自然科学基金资助项目(10874140);甘肃省自然科学基金资助项目(0710RJ2A105)
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 ?，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。 1.2 本征缺陷 ZnO的本征点缺陷有：锌填隙(Zn i)、锌空位(V Zn)、氧填隙(0i)、氧空位(V O)、锌反位(Zno)、氧反位（O Zn）等（如图2所示），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。在制备ZnO材料过程中，通常会产生氧空位V O和锌填隙Zn i。，这些本征缺陷使ZnO呈n型导电性，所以n型掺杂较容易实现且载流子浓度容易控制[6]。然而ZnO的p型掺杂却十分困难[7]，这主要是因为受主的固溶度较低，而且ZnO中的诸多本征施主缺陷会产生高度的自补偿效应[8]。而且ZnO受主能级一般很深(N除外)，空穴不容易热激发进入导带[9,10]，受主掺杂的固溶度也很低，因此难以实现P型转变。
ZnO半导体材料的制备与合成 (安徽工业大学,材料科学与工程) 摘要: 氧化锌半导体材料以其优良的光电性能在光电子、传感器、透明导体等领域得到广泛应用。综述了氧化锌半导体功能材料在敏感材料、压电材料、导电薄膜等方面的性能、应用及薄膜的制备技术, 相对于三维块体材料, 氧化锌薄膜可以适应大规模集成电路的需要, 更具发展前途和研究价值。氧化锌薄膜的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。 1.关键词: 氧化锌; 半导体材料; 薄膜; 光电性能 Abstract: Znicoxide has a wide range of technological applications as semiconductive material including photoelectron, sense organ, tansparent conductor and others. This paper concentrates on the properties and applications o f ZnO in sensitive ma terials, piezoe lectric m aterials and conductive film, also on techniques which the thin film was prepared by. Contrasting with monolith materia ls, the ZnO thinfilm can meet the demands of molectron and possesses a grea tdevelopment futureand resea rchvalue. The ZnO thin film can be doped with a variety of ions and prepared with m any techniques to exhibit different properties. K ey words: ZnO; semiconductive mteria ;l thin film; optica l and electrical property. 1稀磁性半导体 1．1从磁性角度出发，半导体材料可以划分为非磁半导体(nonmagneticsemiconductor)、稀磁半导体(diluted magnetic semiconductor，DMSs)和磁半导体(magnetic semiconductor)三种类型。磁性半导体集半导电性和磁性于一体，可以同时利用电子的电荷和自旋，兼备常规半导体电子学和磁电子学的优越性，被认为是21世纪最重要的电子学材料。在自旋电子领域展现出非常广阔的应用前景，引起了人们对其研究的浓厚兴趣。 1．2稀磁半导体定义及研究意义 稀磁半导体材料按照磁性元素的种类可以分为磁性过渡金属元素基稀磁半导体和磁性稀土金属元素基稀磁半导体；按照半导体材料来分可以分为化合物半导体基稀磁半导体和单质半导体基稀磁半导体。目前，人们主要从事的是II一Ⅵ和III．V族化合物基的稀磁半导体的研究，半导体基一般有InP、bias、GaAs、GaSb、GaN、GaP、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe等，磁性元素一般为过渡金属元素Mn、Fe、Co、Ni、Cr等。然而，由于大多过渡金属元素在IⅡ．V族半导体材料中的溶解度很低，导致III．V族基的DMS材料的自旋注入效率很低，难以获得大的磁性，实际应用价值不大，相比之下，ZnO在这方面具有较大的优势。Jin等人的实验证明，过渡金属元素在ZnO中具有较高的溶解度，其中Co、Mn的溶解度分别达到50mol％和30mol％，此外，在ZnO中很容易实现重电子掺杂(>1021锄。
氧化锌薄膜的制备及应用 0前言 ZnO作为一种宽带隙半导体材料,近几年来已经成为国际上紫外半导体光电子材料和器件领域的研究热点。ZnO薄膜是一种具有广泛应用前景的材料，国际上也涌现出许多以ZnO 为研究重点的科研小组，开展了许多相关的科研工作。氧化锌薄膜作为一种优异的光电和压电相结合的电子信息材料，它在压电转换，光电显示以及集成电子器件等方面有广泛的应用。拥有优良的压电特性，一直在SAW器件中的到应用。此外还可用作紫外光探测器，发光器件，传感器件，太阳能电池的透明电极等。 1 ZnO 的晶体结构 ZnO为II －VI族化合物，具有六角纤锌矿型( hexagonal wurtize )［1］或立方闪锌矿型( zinc blende)［2］晶体结构，均属六方晶系p63mc 空间群。室温和常压下，ZnO的热稳定相为六角纤锌矿结构。当压强达9GPa左右时，纤锌矿结构的ZnO 转化为四方岩盐结构( rocksalt) ，原子配位数由4 增加到6，体积相应缩小17%。而立方闪锌矿结构的ZnO只有在立方结构的衬底上生长才可能得到。如图1 所示: 图1 ZnO 的晶体结构 在理想六角纤锌矿结构ZnO 的元胞中晶格常数a和c满足c /a = 1. 633。由于掺杂以及生长条件的不同，实际测得的c 和a 的数值以及c /a 的值和理论值有一定的出入。在ZnO 晶体结构中，Zn、O 各自组成六方密集堆积结构的子格子，两种子格子延C轴平移0. 385nm形成复格子结构。每个Zn原子与最近邻的四个O 原子构成一个四面体结构; 同样，每个O原子和最近邻的四个Zn原子也构成一个四面体结构。四面体并非严格对称，在C轴方向上，Zn原子与O原子之间的距离为0. 196nm。Zn －O 键是典型的SP3杂化，由于Zn 和O 的电负性差别较大，Zn －O 键是极性的。
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5.67 g/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。 高密度、定向生长的ZnO薄膜是一种具有良好压电性质的材料。NKZ~yer 等研究表明，利用射频磁控溅射法在200.C的Si基片上沉积的c轴定向的ZnO薄膜具有很好的压电性,其0.9GHz 附近的高频区表现出很好的电声转换效应及低嵌入损耗(4.9dB)等特征,是制备高频纤维声光器件如声光调制器等压电转换器材料。 1.2氧化锌压电薄膜的特性 在实验和实际应用中为获得具有优良压电特性的ZnO薄膜，方便应用于实际器件中，薄膜结构基础要求：（1）纳米级的晶粒尺度(10～30nm)；（2）很好的c轴取向；
毕业设计（论文）题目：纯氧化锌薄膜的制备
摘要 氧化锌（ZnO）是一种宽带隙半导体材料，它是（Ⅱ-Ⅵ族）化合物，其禁带宽度（室温下为3.37eV）和激子束缚能（60meV）都高于GaN和ZnSe等蓝光发光材料。氧化锌是一种目前极其具有开发潜力的薄膜材料，氧化锌薄膜在光学上有透明的性质，纯氧化锌薄膜及其掺杂薄膜都有好的光电学性质，原材料容易得到，而且用途在现代化的各个行业都很广泛、价格也便宜，基于这些优点，科学技术人员对其产生了研发应用和研究的兴趣。氧化锌薄膜在紫外线与红外线光阻挡层、、液晶显示、反射热镜、太阳能电池及气敏传感器等等方面有了广泛的应用，有比较好的产业前景。随着电阻率变化而变化的气体敏感器件正在被研发中，但从技术研究方面向工厂产业化生产的转化目前暂且还不成熟。氧化锌薄膜作为压电薄膜已经在声表面波器件领域和压电传感器进入实际应用化阶段。作为很好的透明电极材料，主要用于太阳能电池方面，对比于目前所用的二氧化锡透明导电薄膜和氧化铟锡（ITO）薄膜，氧化锌薄膜稳定性高(特别是在氢等离子体中)、生产成本低廉、安全无毒，因此有替代ITO等材料的趋势，这是有重要意义的对于促进廉价太阳能电池的发展。 制备氧化锌薄膜的主要方法有：真空磁控溅射（MS）、溶胶-凝胶法、化学气相沉积（CVD）、分子束外延法（MBE）、脉冲激光沉积（PLD）、热喷雾分解、薄膜氧化法等等。 本文研究了氧化锌薄膜的性质特征、制备方法、以及对氧化锌薄膜发展前景的展望。 关键词：氧化锌；半导体；薄膜；制备方法
Abstract ZnO is a kind of broadband gap (Ⅱ - Ⅵ) compound semiconductor material, the width of band gap(3.37eV at room temperature)and the exciton binding energy( 60meV) are higher than that of GaN and ZnSe which are the blue light emitting material. ZnO film is a kind of optical transparent film, and the pure ZnO will have excellent photoelectric properties when it is mixed with other film. On the other hand, it has very wide usage, and the raw material is cheap. People who work in technology industry show much interests on it, and it has become one of the most potential thin film material for developing. And ZnO film has been widely used in solor cells, plezoele device, liquid crystal display, heat mirror reflection, ultraviolet and infrared light barrier layer, gas sensitive device. The industrialization is looked very good. As the piezoelectric thin film, it has been in the field of piezoelectric sensor and acoustic surface wave device for practical use. With the research of resistivity changing in gas sensitive element, this technology research is still not mature to industrialization. And as excellent transparent electrode material, it is mainly used in solar cell. It is also has the advantage of low cost, non-toxic, high stability( especially in hydrogrn plasma) in oxide (ITO) and tin oxide transparent conductive film currently. So it has a tendency to replace ITO etc, this will have a great significance to promote the development of low-cost solar cells. The main methods to make ZnO film: magnetron sputtering, sol-gel method, chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy method, pulsed laser deposition, thermal decomposition of spray, film oxidation method etc. In this paper, we have a study in the properties of ZnO, the method to produce it and prospects of development of in ZnO thin films. Key words: ZnO, semiconductor, thin films, membrane and producing methods