ZnO半导体材料的制备与合成.doc

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1、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:Znicoxidehasawiderangeoftechnologi

2、calapplicationsassemiconductivematerialincludingphotoelectron,senseorgan,tansparentconductorandothers.ThispaperconcentratesonthepropertiesandapplicationsofZnOinsensitivematerials,piezoelectricmaterialsandconductivefilm,alsoontechniqueswhichthethinfilmwasprepa

3、redby.Contrastingwithmonolithmaterials,theZnOthinfilmcanmeetthedemandsofmolectronandpossessesagreatdevelopmentfutureandresearchvalue.TheZnOthinfilmcanbedopedwithavarietyofionsandpreparedwithmanytechniquestoexhibitdifferentproperties.Keywords:ZnO;semiconductiv

4、emteria;lthinfilm;opticalandelectricalproperty.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(dilutedmagneticsemiconductor，DMSs)和磁半导体(magneticsemiconductor)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

5、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

6、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。3)，其p型掺杂也有报道。总之，稀磁半导体作为一种新材料，在自旋电子学、光电子领域已经展现出非常广阔的应用前景，比如自旋阀、自旋二极管、稳定的存储器、逻辑器件等，因此，无论在理论上

7、，还是在应用上，稀磁半导体材料都是一个值得深入研究的课题。2.ZnO简介ZnO是一种II．Ⅵ族半导体氧化物材料，具有纤锌矿结构，属于六角晶系0aexagonal)6mm点群。可以看作是由沿着c轴方向的Zn．o“原子偶层’’构成，即一层Zn原子与一层O原子紧靠在一起的重复排列结构，每个原胞含有两对Zn．O原子。Zn原子与周围的四个O原子形成一个四面体。同理，以O原子为中心与周围的四个盈原子形成一个四面体。ZnO的晶格常数a=b=O．nm，踟．nln，c／a的值为1．602，比理想的六角密堆体积略小，如图1．2所Zn

8、O为一种宽带隙直接带隙半导体，具有很高的激子束缚能(60meV)，是室温离化能(26meV)的2．3倍，并且远高于其它宽带隙半导体，保证了激子态在室温下能够大量存在，使得ZnO在室温下能实现高效率的紫外激光发射，在短波长光学器件领域具有广阔的应用前景。ZnO又是一种性能很好的压电和热电半导体材料，由于它具有压电、光电等效应，因而提供了将电学、光学及声学器件，如光源、探测器