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1、ZnO薄膜的制备及应用摘要ZnO薄膜是一种极具发展潜力的半导体材料，本文简要介绍了ZnO薄膜的优良性能，叙述了p型ZnO薄膜的制备工艺并对各种工艺的原理和特点进行了分析，阐述了ZnO薄膜在太阳能电池、发光器件等发面的应用及发展趋势。关键词ZnO薄膜制备应用SynthesisandApplicationofZnOthinfilmsAbstractZnOthinfilms,asakindofsemiconductormaterials,hasextremelydevelopmentpotential.Thepaperbrieflyintroducest
2、heexcellentperformanceofZnOthinfilm,anddescribesthep-typeZnOthinfilm’spreparationprocess,theprinciplesandthecharacteristics.Italsoexplainsapplicationsanddevelopmenttrendsinthesolarbattery,light-emittingdevices,andotherfields.Keywords:ZnOthinfilms,synthesis,application1.引言自日本和香
3、港科学家于1997年首次报道了ZnO薄膜可实现室温近紫外受激光发射后,ZnO逐渐成为当今半导体材料研究的热点。ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族宽禁带直接带隙化合物半导体材料，一般情况下ZnO是六角纤锌矿型。室温下禁带宽度为3.37eV，使其具有紫外截止特性，而它的激子结合能高达60meV，可以用来制造短波长发光材料。ZnO具有高的导电性，高的化学稳定性以及耐高温性质，并且来源丰富，价格低廉。因此，ZnO薄膜是一种极具发展潜力的化合物半导体材料。本文主要综述了脉冲激光沉积、分子束外延技术等5种方法制备p型ZnO薄膜，以及ZnO薄膜的主要应用。2.p型ZnO薄膜的
4、制备方法由于ZnO中存在许多本征施主缺陷,如锌间隙和氧空位会产生高度自补偿效应，且ZnO中受主的固溶度很低,能级深,难以离化，而难以实现p型ZnO薄膜的制备。最近，国内外学者已取得一定研究成果。2.1脉冲激光沉积法（PLD）脉冲激光沉积技术是目前应用较多的制膜技术。整个过程通常分为三个阶段，首先激光与靶材相互作用产生等离子体，并形成一个具有致密核心的明亮的等离子体火焰；接着在靶面法线方向形成大的温度和压力梯度,等离子体沿该方向向外作等温(激光作用时)和绝热(激光终止后)膨胀；最后等离子体在基片上成核、长大形成薄膜。PLD最大的优点是易于靶材成分一致
5、，可对化学成分复杂的复合物材料进行全等同镀膜,保证镀膜后化学计量比的稳定。而且定向性强、薄膜分辩率高,能实现微区沉积。薄膜生长过程中可原位引入多种气体,引入活性或惰性及混合气体对提高薄膜质量有重要意义。易制多层膜和异质膜,特别是多元氧化物的异质结,只需通过简单的换靶就行。VeeramuthuVaithianathan等[1]使用PLD法在Al2O3(0001)面上,以Zn3P2为掺杂源,制备出3mol%磷掺杂的ZnO薄膜,经600℃~800℃的退火处理后,薄膜为p型导电ZnO薄膜。2.2分子束外延技术（MBE）分子束外延(MBE)是一种真空蒸发技术
6、,把原材料通过加热转化为气态,然后在真空中膨胀,再在衬底上凝结,进行外延生长。典型的MBE设备由束源炉、样品台和加热器、控制系统、超高真空系统(包括真空生长室和机械泵、分子泵、离子泵、升华泵等,真空度可达到1×10-8Pa以上)和检测分析系统(高能电子衍射仪、离子溅射枪、俄歇分析仪和四极质谱仪等)组成。矫淑杰等[2]利用分子束外延的方法,采用高纯金属锌作为Zn源，通过射频等离子体源激发气体源NO产生激活的N和O,在蓝宝石c平面上外延生长了p型ZnO薄膜。当生长温度为300℃,NO气体流量为1.0sccm,射频功率为300W时,可获得了重复性很好的p
7、型ZnO,且载流子浓度最大可达1.2×1019cm-3,迁移率为0.0535cm2/(V·s),电阻率为9.50Ω·cm。2.3超声喷雾热分解法(USP)超声喷雾热分解法是由制备太阳能电池电极发展而来的,通过将金属盐溶液雾化后喷入高温区,使金属盐在高温下分解形成薄膜。在制备ZnO薄膜时，原料一般是溶解在醇类中的醋酸锌。此法非常容易实现掺杂,通过加入氯盐掺杂Al和In等元素,可以获得电学性质优异的薄膜,还可以制备出具有纳米颗粒结构、性能优异的薄膜。喷雾热分解法在常压下进行,可以减少真空环境下生长的ZnO薄膜中的氧空位,从而弱化施主补偿作用,有利于p型
8、掺杂的实现。虽然此法的设备与工艺简单,但也可生长出与其他方法可比拟的优良的ZnO薄膜。焦宝臣等[3]通过超声雾化热分解技术
