环保型材料zns掺杂探究

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1、环保型材料ZnS掺杂探究摘要：硫化锌(ZnS)是一种性能优异的半导体材料/发光材料，在ZnS走向商业化的过程中，良好的ZnS质量和理想的掺杂技术是关键。为此，文章就ZnS作为半导体材料和发光材料的的掺杂技术分别作简要分类和评述，并分述其优缺点，这对ZnS材料技术的发展、各技术间相互借鉴交叉具有一定的意义。关键词：硫化锌；掺杂；发光材料；半导体中图分类号：TN305.3文献标识码：ADopingTechnologyfortheGreenEnvironmentalMaterialZnSCHENJin-huo(CollegeofPhysicsandInformationEngin

2、eering,FuzhouUniversity,FuzhouFujian350108,China)Abstract:ZincSulfide(ZnS)wasonekindofimportantsemiconductor/luminescentmaterialwithgoodperformance・Tofulfillitsapplicationinoptoelectronicdevices,thetechnologytorealizehighdopingconcentrationinZnSplayedimportantrole・Inthispaper,thedopingtech

3、nologiesofZnSwassummarized,andtheadvantagesanddisadvantageswerediscussed,whichismeaningfultorealizedthecrossofdifferentdopingtechnologyandispotentiallyusefultoenhanceZnSperformancetosomeextent.Keywords:ZincSulphide；dopingtechnology；luminescentmaterial；semiconductor引言ZnS成为一种前景非常看好的、宽禁带、直接带隙

4、的II-VI族化合物晶体，禁带宽度约3.6〜3.7eV,是II-VI族化合物中最高的。通常情况下，无论是纤锌矿（a-ZnS）还是闪锌矿（B-ZnS）结构的ZnS材料，激子束缚能均为38meV（高于室温下热化能26meV）,因此在室温下ZnS可实现激子发射。实际研究中通过改变掺杂物质种类和制备工艺，ZnS可分别变成性能良好的半导体材料和发光材料。作为发光材料的ZnS,目前已成功通过掺杂实现了对可见光区域各个波段的覆盖，而作为半导体材料的ZnS,已用于制备0LED、太阳能电池等的缓冲层等，目前ZnS是已知代替有毒CdS材料中转换效率最高的一种［1］。在ZnS走向实用过程中，除制

5、备出高质量的ZnS材料外,掺杂无疑是整个环节中最重要的一个步骤。通过合理掺杂，作为发光材料的ZnS可以实现对发光频率、发光强度、荧光寿命等参数的调整。另外，合理的掺杂还可以使其作为半导体ZnS直接参与导电，这对ZnS材料走向实用、进而产业化具有极其重要的意义。目前ZnS已应用于激光二极管、电致发光器件、电光调制器、光学镀膜材料、光电导体及光伏器件等领域。正基于ZnS的光明应用前景，及ZnS材料本身化学性质稳定，在地球中含量丰富，无毒环保的特点，全球对ZnS的研究掀起一番热潮，但研究热点较为广泛的同时，也存在分散的不足。此外，各不同研究手段和方法各具优缺点，在技术上它们经常可

6、相互借鉴，为此，有必要对此作一分类评述。考虑掺杂对ZnS的重要性，本文就此环保型ZnS材料的掺杂技术进展作简要评述，这对ZnS材料的研究具有一定意义，对初涉ZnS研究者更具借鉴意义。另外，考虑掺杂中，ZnS作为发光材料和作为半导体材料在能带图上是完全不同的两个概念，因此本文就掺杂分析时将分别进行说明。1ZnS作为半导体材料时掺杂研究ZnS由于禁带宽度较高，理论上它是一种性能优异的绝缘体，但实际上无论是自然产生的ZnS晶体还是工艺制备的ZnS材料，均存在S元素流失的现象，导致部分Zn原子化学键非饱和，因此造成非掺杂情况下ZnS晶体呈n型性质。这种情况下，有文献认为制备n-Zn

7、S较p-ZnS显得容易，因为自然状态下的n型杂质或缺陷对掺入的p型杂质具有补偿作用，同时p型杂质受ZnS中固溶度的影响，因而相对而言，目前对ZnS材料的p型掺杂相对较难。根据掺杂类型的不同，ZnS的掺杂研究可分为n型、p型、n-p型共掺几种，其中共掺技术对p-ZnS材料的发展研究尤其值得关注。1.1ZnS的n型掺杂理论上，IIIA族元素取代Zn原子后有可能在ZnS能带中形成浅能级杂质，因而通过掺杂Al、In、Ga均有望获得低阻ZnS材料。但另一方面，第一性原理计算的结果表明，虽然IIIA元素在ZnS中可以形成浅能级