掺杂ZnO薄膜的研究进展

《掺杂ZnO薄膜的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、掺杂ZnO薄膜的研究进展摘要：ZnO薄膜作为一种II〜VI族的宽禁带半导体材料，具有优并的物理化学性能。通过对薄膜的掺杂，可以改善其性能，使其应用更加广泛。综述了ZnO薄膜的制备方法，比较了各种制备方法的优缺点，重点探讨了掺杂对薄膜的结构、光、电性能的彩响，最后总结了ZnO薄膜的应用和今后可能的研究方向。关键词：掺杂ZnO薄膜，制备工艺，性能Abstract：ZnOthinfilmsareakindofII~VIsemiconductorswithawidedirectbandgapandexcel一lentphysicalandch

2、emicalproperties.Dopedthinfilmscanimprovetheirfunctionsandmaketheirapplicationsmoreextensive.Inthispaper,preparationtechniqueofZnOthinfilmswasreviewedandtheiradvantagesanddisadvantageswerepointedout.Andthestructure,optical,electricalpropertiesofdopedZnOthinfilmswerestud

3、iedindetail-TheapplicationsofZnOthinfilmsweresummarized,andanoutlooktotheresearchdirectionofaftertimewascarriedon.Keywords：DopedZnOthinfilms；Preparationtechnique；Properties0引言ZnO是一种新型的宽禁带化合物半导体材料，其稳定相是六方纤锌矿结构，室温下禁带宽度为3.37eV,激子朿缚能高达60meV,易实现室温或更高温度下的激子受激发射⑴。ZnO具冇良好的光电、压电

4、、透明导电、气敏、压敏等诸多优异性能，可广泛应用于表面声波器件、紫外光探测器、太阳能电池、气敬压敬传感器等领域。与纯ZnO薄膜相比，掺杂ZnO薄膜的性能得到很大的改善，大大拓宽了它的应用领域。目前，对ZnO薄膜的研究主要集中在制备工艺的改进和掺杂元素的选择(种类与含量)。木文就掺杂ZnO薄膜的制备技术，掺杂对ZnO薄膜结构、光、电、磁学性能的影响等方而进行了综述。1.ZnO薄膜的基本性质ZnO晶体存在三种晶体结构〔比六方纤锌矿结构(B4)、立方闪锌矿结构(B3)和四方岩盐结构(B1),如图1所示。Jeffee等⑶人根据第一性原理计算得

5、到ZnO各品体结构的总能量：六方纤锌矿结构的总能量为5.658eV,闪锌矿结构的总能量为5.606cV,四方岩盐矿结构的总能量为5.416cVo六方纤锌矿结构在常温下是稳定相，也是研究最多的一种相结构，具有六方对称性，6mm点群，P63mc空间群。Zn原了和0原了各口组成一个六方密堆积结构的了格了，这两个了格了沿C轴平移0.385C套构形成纤锌矿结构。ZnO晶格常数a=b=0.3246nm,c=0.5203nm,而H晶格常数随着偏离化学计量比而改变，c/a=1.60小于理论比值1.633o从［0001］方向看，ZnO是由Zn面和O而密

6、堆积组成的，为AaBbAaBb式排列，这种排列导致ZnO具冇(0001)和(000丁)面。这种C面的极化分布使得Zn面和O面具冇不同的性质，导致该结构缺乏对称中心，使ZnO具有压屯特性。另外一个值得注意的是ZnO的纤锌矿结构相当于O原了构成简单六方密堆积，Zn原了则填塞于半数的四面体隙屮，I佃半数四而体隙是空的。因此，ZnO具有相对开放的品体结构，外来掺杂物容易进入其晶格中而不改变晶体结构，这就为外来掺杂创造了条件。OZn•0(c)a>)(a)岩盐矿结构(b)闪锌矿结构(c)纤锌矿结构ZnO的晶体结构2.ZnO薄膜的制备方法ZnO薄膜

7、的制备方法有很多种，主要包括：磁控溅射法(Ms)；溶胶一凝胶(Sol—Gel)法；分子束外延法(MBE)；金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)；脉冲激光沉积法(PLD)；喷雾热分解法(SP)等。下面就这儿种制备方法及其优缺点进行讨论。2.1磁控溅射磁控溅射是目前国内研究最多，工艺最成熟的一种方法。其理论基础是气体辉光放电，辉光放电可以通过调节合适的气氛达到口持。溅射是利用高能带电粒子轰击靶材，使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底成膜。按工作电源可分为直流(De)磁控溅射和射频(RF)溅射两种。直流磁控溅射一般以金属Zn为靶林以Ar

8、和02的混合气体为溅射气氛。射频磁控溅射一般用晶体作为射频振荡器，射频频率一般在5〜30MHz之间，溅射用的靶材一般为粉末烧结的陶瓷ZnO,为保证化学计量比，一般在溅射气氛中掺人一定比率的02。溅射气氛有氨氧混合气和纯氧