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1、ZnO薄膜材料的制备工艺设计1、ZnO薄膜材料的应用及性能研究状况2、氧化锌薄膜的制备与技术3、利用中频脉冲电源和等离子体增强化学气相沉积方法制备ZnO薄膜材料4、薄膜的性能应用及主要表征方法概述引言近年来，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(TransparentConduc．tiveOxide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
2、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—DopedIndiumOxide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，
3、开始逐步应用到众多领域中。1、ZnO薄膜材料的应用及性能研究状况1.1ZnO薄膜材料的应用ZnO由于其优良的物理化学性质,使其在许多方面都有广阔的应用前景.下面主要介绍ZnO薄膜在太阳能电池、表面声波器件、气敏压敏元件以及在紫外探测、场发射显示器等方面的应用.1.1.1太阳能电池ZnO薄膜尤其是AZO(ZnO:A1)膜,具有良好的透明导电性能,可与ITO(In2O3:Sn)膜相媲美.而且相对ITO膜,AZO膜无毒性,价廉易得,稳定性高,正逐步成为ITO薄膜的替代材料.ZnO薄膜主要是作为透明导电
4、电极和窗口材料用于太阳能电池的生产制备,ZnO受高能粒子辐射损伤较小,因此特别适合于太空中使用.R.Groenen等人利用扩展热等离子束技术制得ZnO:A1薄膜(ρ<0.1Ω·m,T>80%),已应用于Si:hp-i-n太阳能电池生产.1.1.2表面声波器件ZnO本征材料是一种具有六角纤锌矿相结构的n型半导体,有较高的机电耦合系数和较低的介电常数,因而被广泛地用于制作表面声波器件(SAW).但是,要达到SAW器件良好的c轴择优取向性、高电阻率,从而有高的声电转换效率以及晶粒细小、表面光滑、晶体缺
5、陷少以减少对SAW的散射的要求,还得对ZnO薄膜进行进一步的工艺加工处理.用ZnO薄膜制成的SAW器件有工作损耗低、传输损耗低、声电转换效率高等优点.J.J.Chen等用直流反应磁控溅射法制备的ZnO薄膜具有良好的c轴择优取向性,其表面非常光滑(表面粗糙度即凹凸差值为7.8nm),界面清晰,机械性能优良,电阻率高达1.97×107Ω·cm.实验证明:用这种薄膜制作的SAW器件频率可达830MHz,而输入损耗仅为20dB.1.1.3气敏压敏元件ZnO薄膜光电导性随表面吸附的气体种类和浓度不同会发生
6、很大变化.据此特点,ZnO薄膜可用来制作表面气敏器件,通过掺入不同元素,可检测不同的气体,其敏感度用该气体环境下电导G与空气中电导G0的比值G/G0来表示.H.Y.Bae、G.L.Tan等人用Sol–ge1分别合成了ZnO薄膜气敏元件,其对CO、H2和CH4等均有较高的敏感度.实验表明:配制的前体溶液pH值越小,薄膜对CH4敏感程度越高.而掺Sn、Al形成的ZnO:Sn、ZnO:A1薄膜可检测乙醇蒸汽,且在675K下敏感度最高,G/G0=190.另外,ZnO薄膜在室温下就能产生较强的紫外受激辐射
7、,特别是它的激子结合能高达60MeV,在目前常用的半导体材料中首屈一指,这一特性使它具备了室温下短波长发光的有利条件.浙江大学已用PLD法在硅衬底上制得性能优良的ZnO薄膜,并直接用平面磁控溅射制备了叉指状电极,在波长从340nm到400nm的连续光谱光线照射下,ZnO光导型紫外探测器有很明显的光响应特性,其截止波长为370nm.1.2ZnO薄膜材料的性能研究状况ZnO作为一种直接带隙的宽禁带半导体材料,其单晶在室温下禁带宽度约为3.3eV,该性质使其在光电器件领域有很大的应用前景.ZnO材料的
8、激子结合能高达60MeV,其发光波长比GaN的蓝光波长还要短,可以进一步提高光存储的密度.ZnO以其诸多优良的综合性能将成为下一代宽带隙半导体材料,因为生长大尺寸、优质的ZnO单晶无论对于基础研究还是实际应用都有重要意义.此外,ZnO薄膜由于具有光电耦合系数大,介电常数小,光透过率高,化学性能稳定等特性,在制造透明导电电极、表面声波器件、传感器、平面板显示器件、太阳能电池等许多领域有着广泛的用途.例如:ZnO薄膜的电阻率高于10-6Ω·m,在合适的生长、掺杂或退火条件下可形成简单半导体,导电性能
