ZnO薄膜的掺杂Al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。

Al—N共掺ZnO：Co纳米薄膜的制备及其性能研究利用共溅射技术在石英玻璃衬底上沉积前驱体氮化物，在真空优于4×10-4Pa 时、对前驱体氮化物分别在450℃、550℃、650℃温度下热氧化45min后获得Al-N共掺杂ZnO：Co薄膜，利用XRD分析薄膜样品呈六方纤锌矿结构，氧化温度为650℃结晶质量最好；使用双光束紫外/可见分光光度计测量薄膜的吸收谱，计算得到在热氧化温度为450℃、550℃、650℃下制得的薄膜样品带隙分别为3.18、3.06、3.10eV；利用振动样品磁强计对样品的磁性进行测试，结果表明样品在室温下具有铁磁性，当热氧化温度为450℃时，磁学性能最好。

标签：共溅射；热氧化；Al-N共掺；光学带隙；磁学特性1 概述ZnO作为一种透明的宽带隙半导体材料，其禁带宽度约为3.37eV，室温下具有60meV的激子结合能使其在光电应用方面有着广阔的前景[1-3]。

自从Dietl 等[4]和Sato等[5]通过理论计算认为过渡金属（Mn、Fe、Co和Ni等）掺杂的ZnO基DMS（Diluted magnetic semiconductors）可能具有高居里温度的铁磁性以来，因其能同时利用电子的电荷属性和自旋属性，使ZnO基DMS被认为是制作下一代半导体自旋电子器件的主要材料[6]。

文章用热氧化[7]辅助磁控溅射[8]实验制备了N掺杂的ZnO基稀释磁性半导体[9-12]，这种制备方法是以Zn3N2薄膜作为前驱体，通过调节氧化参数来控制样品中N的含量，且提高了Co在ZnO中的固溶度、降低了C、H等元素的污染，同时抑制了ZnO的水解反应，优化了ZnO的性质，分析了样品的结构、光学与磁学性质。

2 实验采用JDZ045CB01型磁控溅射与电阻炉联合系统，利用射频、直流共溅射的方法在石英玻璃衬底上沉积Al-N共掺ZnO：Co薄膜，具体过程分为两步。

第一步为溅射：射频溅射靶材为ZnAl合金靶（纯度为99.99%，其中Al的含量为0.1%）其尺寸为Φ60mm×5mm、溅射功率为70W，直流溅射靶材为Co 金属靶（纯度为99.99%），溅射功率为8W。

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。