ZnO薄膜的结构_性能及其应用

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1、真空与低温第15卷第1期48Vacuum＆Cryogenics2009年3月ZnO薄膜的结构、性能及其应用赵印中，李林，许，何延春，吴春华，王洁冰（兰州物理研究所，表面工程技术国家级重点实验室，甘肃兰州730000）摘要：从ZnO薄膜的晶体结构、光学性能、电学性能、光电特性、气敏特性等方面综述了ZnO的研究重点和应用前景。关键词：ZnO薄膜；晶体结构；光电特性；气敏特性中图分类号：O484文献标识码：A文章编号：1006-7086（2009）01-0048-04APPLICATIONANDPROPERTIES

2、OFZnOTHINFILMZHAOYin-zhong，LILin，XUMin，HEYan-chun，WUChun-hua，WANGJie-bing(NationalKeyLaboratoryofSurfaceEngineering，LanzhouinstituteofPhysics，Lanzhou730000，China）Abstract:ResearchpointsandapplicationprospectsofZnOfilmarereviewedintermsofitscrystalstructure，

3、opticalproperty，electricalproperty，photo-electricityandsensingproperties.Keywords：ZnOfilm；crystalstructure；photo-electricity；sensingproperties1引言ZnO不仅能制成良好的半导体和压电薄膜，亦能通过掺杂制成良好的透明导电薄膜，且原料易得、价廉、毒性小、制备方法多种多样，可以适应不同需求，已成为一种用途广泛、最有开发潜力的薄膜材料之一。目前，研究ZnO材料的性质涉及许多领域

4、，其中包括透明导电膜（TCO）、表面声学波（SAW）器件、光激射激光器、气[1～3]敏传感器、紫外光探测器、显示以及与GaN互作缓冲层等方面。制备ZnO薄膜的传统方法有磁控溅射、化学气相沉积及溶胶凝胶法等，新方法有激光脉冲沉积法（PLD）、分子束外延法（MBE）等。采用不同的制备技术、工艺参数，制备的ZnO薄膜的结晶取向、薄膜厚度、表面平整度以及光电、压电等性质各有区别。虽然不同方法制备的ZnO薄膜的性能各有优缺点，但从结晶情况来看，以有机金属化学气相沉积（MOCVD）、PLD、原子层外延生长（ALE）法制备

5、的薄膜质量较好。2氧化锌薄膜的结构ZnO为宽带隙半导体，禁带宽度约3.3eV，晶体结构为六方形纤锌矿结构（图1）。优质的ZnO薄膜具有C轴择优取向生长的众多晶粒，每个晶粒都是生长良好的六方形纤锌矿结构。[4]图2是楼晓波等采用sol-gel法制备的ZnO薄膜的XRD谱。可以看出，与标准的ZnO粉末样品的衍射谱相比较，涂覆10层与20层的薄膜均出现了明显的与（100）、（002）和（101）晶面相对应的衍射峰，说明样品均为六方纤锌矿结构。收稿日期：2008-10-23.作者简介：赵印中（1974-），男，河北省

6、赞皇县人，高级工程师，从事空间应用薄膜的研究开发工作。赵印中等：ZnO薄膜的结构、性能及其应用492000a（a）Zn400℃20层ZnZn1000Znb2′OO4000b=uxc（b）（100）（002）500℃20层α1.u（101）Zn00a2000500℃10层cZn0I/b1Ob3′4000O（c）Oβ600℃20层O2000b1′ZnZnZn0Zn303234363840O2θ（/°）图1六方形纤锌矿ZnO晶体结构图2不同退火温度及旋涂层数下ZnO薄膜的XRD谱3氧化锌薄膜的性能3.1光学性能Zn

7、O薄膜在可见光范围内光透射率高达90%，可以用作优质的太阳电池透明电极，然而它在紫外（UV）和红外（IR）光谱范围内透射率都比较低，这一性质被用作相100应光谱区的阻挡层。8098图3是沉积ZnO薄膜的样品与其基材石英玻璃片透（a）9660/%94射率的比较，内插图为400~750nm的可见光范围的结果/%TT92比较[4]。可以看出，在410~750nm的区间内，沉积ZnO薄4090400500600700膜的样品，其透射率均大于石英的透射率，最大可提高20（b）λ/nm2.3%。由此可知制备出的ZnO薄膜

8、已经在一定程度上起02004006008001000到了增透膜的效果，这一结果有望在太阳能电池中得到应λ/nm用。图3溶胶凝胶法制备的ZnO薄膜（b）的透射光图4是Al掺杂ZnO（ZAO）薄膜作为透明导电膜的透射谱与其基材石英玻璃片（a）透射光谱的比较[1]光谱和红外反射谱。作为透明导电薄膜的一个显著特性是100100在红外段的高反射率，能反射大部分的热辐射能量。将其应TR8080用于电子器件中，可