ZnO薄膜的主要性质

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(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。

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【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。

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 。