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1、南京工业大学课程论文电沉积法制备ZnO薄膜的研究进展摘要：ZnO是一种新型的宽禁带氧化物半导体材料，室温下的禁带宽度为3.37eV，激子结合能为60meV。因ZnO薄膜同时具有光电、压电、电光等化学物理性能，使其在紫外发射器件、压电器件、太阳能电池、透明导电膜等诸方面都具有广泛的应用前景。本文主要介绍了ZnO薄膜的性质、制备方法、应用及研究进展。其中，电化学沉积制备工艺由于其突出的优点，受到广泛的关注，本节重点介绍了电沉积ZnO薄膜的原理。关键词:ZnO薄膜、电化学沉积、研究进展ProgressinelectrochemicalDepositionofZnOthinfi
2、lmsAbstract：ZnO,awide-bandgap(3.37eV)semiconductingoxidewithlargeexcitonbindingenergy(60meV)atroomtemperature,hasgreatapplicationsintheultraviolet-beamdevice,piezoelectricitydevice,solarcells,transparentconductivefilmetc,becauseofitspropertiessuchasphotoelectricity,piezoelectricity,elect
3、roopticsphysicalchemistryperformance.Inthispaper,properties,Preparingtechniques,applicationsandresearchprogressoftheZnOthinfilmareintroducedindetail.ElectrochemicalDeposition(ECD)hastriggeredpeople’sgreatinterestsresultingfromitsprominentmerit.Herein,wemainlyreportECDtechnique.Keywords:Z
4、nOthinflim、ECD、researchprogress1引言ZnO是一种重要的功能材料和新型的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体材料。它具有室温下3.37eV的直接带隙和60meV的激子束缚能，良好的机电藕合性和较低的电子诱生缺陷。特别是ZnO薄膜良好的光学性能发现，使成为近年来国内外在半导体材料研究中的新热点，被认为是继ZnSe、GaN之后又一种迅速发展起来的新型光电材料，在紫外探测器、13南京工业大学课程论文发光二极管(LED)、激光器(LD)等领域有着广阔的发展前景[1]。ZnO器件的应用涉及诸多领域,主要包括太阳能电池、紫外探测器、表面声波(SAW)器件、LED和LD
5、等。这些器件广泛用于光电转换、光电探测、传感器、光通信、光电显示、光电储存和光催化等领域。2ZnO的基本结构ZnO晶体为六方纤锌矿结构，由氧的六角密堆积和锌的六角密堆积反向嵌套而成，其晶格常数a=0.325nm，c=0.521nm[2]。配位数为4:4,每一个锌原子都位于个相邻的氧原子所形成的四面体间隙中,但只占其中半数的氧四面体间隙,氧原子的排列情况与锌原子相同。ZnO是Ⅱ-Ⅵ族宽禁带直接带隙半导体，室温下禁带宽度为3.37eV[3]。ZnO晶体在制备的过程中存在着锌间隙和氧空位，很难达到完美的化学计量比，存在施主能级呈n型极性半导体，所以ZnO的n型掺杂较容易实现且
6、载流子浓度容易控制。然而ZnO的p型掺杂却十分困难[4]，这主要是因为受主的固溶度较低，并且ZnO中的诸多本征施主缺陷会产生高度的自补偿效应。而且ZnO受主能级一般很深(N除外)，空穴不容易热激发进入导带，受主掺杂的固溶度也很低，因此难以实现p型转变，导致无法制得氧化锌p-n结结构，极大地限制了ZnO基光电器件的开发应用，因此制备具有较高载流子浓度的p型ZnO薄膜[5]，已成为限制ZnO基光电器件实用化的关键问题。3ZnO薄膜的制备方法ZnO薄膜的制备方法有多种,大致分为物理法和化学法,可以满足不同的需求。较新的制备工艺也不断涌现,如激光脉冲沉积法(PLD)、分子束外延
7、法(MBE)等,这些工艺各有自身的优缺点。ZnO薄膜的电化学沉积制备工艺由于其突出的优点，受到广泛的关注，本节重点介绍了电沉积ZnO薄膜的工艺原理。3.1物理法3.1.1溅射法(Sputtering)溅射是带电粒子轰击靶材,使靶材粒子(团)被击溅出来并淀积到衬底上成膜。如果靶材是Zn,沉积过程中Zn与气氛中的O2发生反应生成ZnO,属于反应溅射。若靶材是ZnO,沉积过程中无化学变化则为普通溅射法。溅射法要求较高的真空度,合适的溅射功率及衬底温度。磁控溅射ZnO薄膜,具有速率高、可有效抑制固相扩散、薄膜与衬底之间的界面陡峭等优点。决定ZnO
