资源描述：
《P型氧化锌薄膜的结构及其制备》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、P型氧化锌薄膜的结构及其制备摘要:氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带(3.37eV)II-VI族化合物半导体材料，具有较大的激子束缚能(60meV)，具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、表面声波元件以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途。ZnO薄膜的制备方法多样，各具优缺点。本文综述了ZnO薄膜的制备及性质特征，并对其发展趋势及前景进行了探讨。关键词：ZnO薄膜；制备；发展前景1ZnO结构ZnO有三种晶体结构，分别是立方NaCl，闪锌矿和六角纤锌矿构，如图1所示，在常温常压下，ZnO的热稳定相为六方
2、纤锌矿结构[5]，具有六方对称性。纤锌矿ZnO的晶格常数是a=3.2498Å，C=5.2066Å。在C轴方向上，Zn原子与02原子的间距为0.196nm，在其他三个方向上为0.198nm。ZnO的结构可简单地描述为由Zn原子面和O原子面沿C轴交替排列而成，其中Zn和O原子为相互四面体配位，从而Zn和0在位置上是等价的。这种排列导致ZnO具有一个Zn极化面和一个O极化面，这种C面的极化分布使得两个面具有不同的性质，导致该结构缺乏对称中心。另外，ZnO的纤锌矿结构相当于0原子构成简单六方密堆积，Zn原子填塞于半数的四面体隙中。图1ZnO的晶体结构：（a）立方NaCl结构（b）闪锌矿结构（
3、c）六角纤锌矿结构2.p型ZnO薄膜的制备方法2.1分子束外延技术（MBE）分子束外延(MBE)是一种真空蒸发技术,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
4、℃,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。2.2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
5、的氧空位,从而弱化施主补偿作用,有利于p型掺杂的实现。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,利用N-Al共掺的方法，在corning7059衬底上制备了p型透明ZnO薄膜。以醋酸锌和醋酸氨分别作为ZnO源和N掺杂源,掺杂源Al由硝酸铝提供。制得的ZnO具有c轴择优生长，在可见光范围内的透过率达到90%以上，且电阻率为4.21Ω·cm、迁移率是0.22cm2/(V·s)、载流子浓度为6.68×1018cm﹣3。2.3磁控溅射法（MS）磁控溅射是利用高能粒子轰击靶材,使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种
6、工艺,主要分为直流磁控溅射、射频磁控溅射和中频磁控溅射。MS法要求较高的真空度(初始压强达1×10-4Pa,工作压强约为1×10-1Pa),合适的溅射功率及衬底温度,保护气体一般用高纯的氩气,反应气体为氧气。MS法适用于大面积沉积,可以通入不同的溅射气氛,靶材选择范围也比较广泛,因而能够有效实施ZnO的掺杂。通过此法在不同的基底，如玻璃、单晶硅、聚酰亚胺薄膜上得到的厚度为100nm的ZnO具有较好的六方晶体结构[4]。E.S.Jung等人[5]以ZnO(纯度为4N)为靶材,用射频溅射的方法在SiO2/Si(100)衬底上淀积厚度为260nm的ZnO薄膜材料,再将该材料置于NH3气氛中
7、在600~700℃退火,最后在N2气氛下800℃激活退火30min。分析表明，在NH3气氛中退火热处理使ZnO薄膜的晶体质量得到很大程度上的改善,电子浓度也得到了显著的降低。该p型ZnO薄膜材料的空穴浓度、载流子迁移率、电阻率分别为1.06×1016cm-3、15.8cm2/V·s、40.18Ω·cm。2.4有机金属化学气相沉积法（MOCVD）MOCVD成长薄膜时，主要是将载流气体通过有机金属反应源的容器时，将反应源的饱和蒸气带至反应腔中与其它反应气体混合
