研究氧化锌材料探究和进展

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1、研究氧化锌材料探究和进展　　摘要：ZnO可用于制作蓝光、蓝绿光、紫外光等多种发光器件，其禁带宽度对应紫外光波长。文章从制备、应用、性质等方面介绍了ZnO材料。关键词：单晶；纳米；氧化锌；ZnO中图分类号：TN304文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）21-0005-02ZnO为两性氧化物，无毒、无臭，溶解于强碱和强酸，不溶于乙醇和水，为浅黄色或白色粉末或晶体，能在空气中吸收水和二氧化碳，俗称锌白。ZnO是一种宽禁带直接带隙半导体材料，为Ⅱ-Ⅵ族化合物，为六方晶系纤锌矿结构，室温下禁带宽度为3.37eV。ZnO，晶格常数为：c=0.52nm，a=0.325nm，每个Zn原子与

2、4个O原子按四面体排布。ZnO的其他物理化学性质见表1。6ZnO的激子不易发生热力化，激子束缚比室温热离化能26meV高很多，能高达60meV。在室温下具有大束缚能的激子更容易实现光效率的激光发射，所以ZnO与ZnS（40meV）、ZnSe（22meV）、GaN（25meV）相比，在室温或者更高温度下，其是一种具有很大应用潜力的短波长发光材料。ZnO生长温度只有GaN生长温度的50%，具有更低的生长温度，在很大程度上这可以避免由于高温生长造成了衬底与膜之间的原子互扩散。另外，ZnO具有原料丰富、无毒、价格低廉等优点，具有良好的化学稳定性以及高热导率和熔点。1氧化锌的应用1.1压电方面的应用Z

3、nO薄膜是一种具有良好压电性质定高密度、定向生长的材料，能够用来制备压电转换器材料，如高频纤维声光器件以及声光调制器等。ZnO作为一种压电材料，可以在高速率、大容量光纤通信的反雷达动态测频、微型移动通信、光纤相位调制、并行光信息处理、电子侦听等军事和民用领域得到广泛的应用。1.2压敏方面的应用ZnO压敏材料在受到外加电压时，存在一个阈值电压，当该值小于外加电压时，进入击穿区，这时电流会受到电压微小的变化而引起迅速增大。ZnO压敏材料由于具有这种特征，因此在各种电器设备的浪涌电压吸收、电压保护、稳压等方面有着非常重要的作用。1.3光电方面的应用6在适当的掺杂下，ZnO表现出很好的低阻特征，其具

4、有优异的光电性能。ZnO由于具有这一性能，因此，比如说液晶元件电极、太阳能电池电极等，其成为了一种非常重要的电极材料。将Al掺入ZnO薄膜中具有较高的光透过率，可以让其禁带宽度明显增大。光透过率在可见光区可达到90%。大的禁带宽度和高的透过率，让其可以作为太阳能电池窗口材料、低损耗光波导器件、紫外光探测器等。ZnO是一种很好的平面显示器材料，因为其电子辐射具有稳定性和发光性质的特点，在发光器件领域（如激光器、紫外光二极管等）具有巨大的应用潜能。1.4纳米ZnO的应用在物理学、敏感性、磁性、化学、光电学等方面，纳米ZnO粒子具有一般的ZnO产品所无法比拟的特殊性能和新用途，其是联系微观粒子及宏

5、观物体的一座桥梁。纳米ZnO用作合成橡胶、胶乳、天然橡胶的补强剂、色剂及硫化活性剂，是必不可少的轮胎和橡胶工业的添加剂，在橡胶中运用纳米ZnO，其用量仅为普通ZnO的30%～50%，可以提高橡胶的性能，充分发挥硫化的促进作用。利用纳米ZnO制备出的陶瓷釉具有抗菌、除臭、防霉等功效，并且更光洁，还可以降低陶瓷和玻璃的烧结温度。在涂料的抗老化等方面纳米ZnO因其优异的紫外线屏蔽能力具有非常突出的特性，其表面高活性可以提高催化剂的催化效率和选择性能。ZnO在电子工业中，既是光学、磁性等材料的主要添加剂，也是压敏电阻的主原料。采用纳米ZnO制备压敏电阻，能够提高压敏电阻的非线性系数和流通能力等性能，

6、它具有较低的烧结温度。在光学器件中纳米ZnO的应用将会随之不断深入对纳米ZnO光学性能的研究而取得更大的突破性进展。61.5气敏方面的应用随着表面吸附气体的不同种类和不同浓度，ZnO的电阻率会发生相应的变化，其是一种气体敏感材料。对氧化性气体、还原性气体未掺杂的ZnO具有敏感性，经过某些元素的掺杂后，对有机蒸汽、可燃气体、有害气体等具有良好的敏感性，ZnO因此可被用于制作各种气敏传感器。2氧化锌制备2.1ZnO薄膜的制备ZnO薄膜具有优异的压电性质，能够在不同衬底上沿[0001]方向高度择优取向生长，在生光器件中因此得到了广泛应用。当前，在蓝宝石衬底上生长的ZnO薄膜拥有最好的质量，电子空穴

7、、自由激子发光等离子态发光现象，我们甚至都能够观察到。2.2ZnO体单晶的制备6对于器件和材料科学的应用，高质量、生长面积大的ZnO都具有非常重要的意义。蓝宝石尽管一直用作ZnO薄膜生长的衬底，不过两者之前有着较大的晶格失配，这会造成器件性能退化，导致ZnO外延层的位错密度较高。对于紫外及蓝光发射器件的制作，由于同质外延潜在的优势，ZnO体单晶的大尺寸和高质量是极为有利的。ZnO同质外延在很多方面都具有很大的