氧化锌zno教学教材.ppt

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1、ZnOZnO的基本性质ZnO的分子量为81.39密度为5.606g/cm3无毒、无臭、无味、无砂性属于两性氧化物。ZnO能溶于酸、碱以及氨水、氯化钱等溶液，不溶于水、醇(如乙醇)和苯等有机溶剂熔点为1975℃，加热至1800℃升华但是不分解ZnO的特性1.Ⅱ-Ⅵ族直接带隙宽禁带半导体材料(Eg=3.37eV)是一种潜在的短波长发光材料,可应用于室温或更高温度下的可见和紫外发射材料；且高能带隙为氧化锌带来击穿电压高、维持电场能力强、电子噪声小、可承受功率高等优点2.高激子束缚能(60meV)远远高于室温下的热离化能（26meV），激子的受激发射

2、在550K下可实现是ZnSe和GaN材料的3倍,允许激子在高温下复合.这使ZnO在室温下的光学现象多表现为激子行为。ZnO具有较高的发光效率和较低能耗，是做发光器件的理想材料3.严格的结晶学极性所以它还是一种性能优良的压电材料4.ZnO的熔点较高（1975℃）,热稳定性强，击穿强度和电子迁移率高，也是用来做高温、高能、高速电子器件的理想材料ZnO的三种晶格结构ZnO晶体有三种结构：六角纤锌矿结构(Wurtzlt)、立方闪锌矿结构(Zincblende)、和立方岩盐结构(Rocksalt)ZnO是一种典型的Ⅱ一Vl族化合物半导体自然条件下六方纤

3、锌矿结构是热力学最稳定的晶体结构。立方闪锌矿结构和立方岩盐结构存在条件比较苛刻，前者只能在六方结构的衬底上生长才能稳定存在，后者只有在高压条件下才能获得。1.六方纤锌矿结构六方纤锌矿结构是自然条件下ZnO最稳定的一种晶体结构，因而通常情况下的ZnO都是纤锌矿结构的。纤锌矿晶体结构原子堆积最紧密，具有六方对称性，空间群属于空间群。纤锌矿结构ZnO晶格常数a=0.32498nm，c=0.52066nm。锌原子和氧原子各自都以密堆积方式排列，每一个Zn原子位于4个相邻O原子所形成的四面体间隙中，组成正四面体，但是只占据其中半数的氧四面体间隙。同理，

4、O原子排列也类似，每个O原子也有四个近邻Zn原子，同样组成正四面体。这种四面体配位模式导致了ZnO具有非对称结构。Zn与O之间的结合键处于共价键和离子键之间，因此zno沿c轴方向具有较强的极性，通常定义从O晶面指向Zn晶面为[0001]方向，反方向为方向这说明纤锌矿结构的zno晶格原点不是对称中心。ZnO的典型不对称晶体结构，使得具有独特的压电特性和热电特性。立方闪锌矿结构的ZnO可以在立方相结构的衬底上外延生长得到，具体结构如图所示。闪锌矿ZnO晶格常数a=0.4463nm，空间点阵群属于F3m。每个晶胞中包含4个Zn原子和4个O原子，在晶

5、胞中Zn原子位于和,O原子位于。闪锌矿ZnO晶体结构与金刚石结构相似，只是在金刚石结构中均是C原子构成，而在闪锌矿ZnO晶体中，分别是Zn和O原子构成。Zn和O原子各自组成完全相同的面心立方晶格，O原子的晶格沿对角线[111]方向相对于Zn原子平行移动0.25晶胞对角线长度，这样就形成了闪锌矿ZnO的晶格结构。立方闪锌矿结构ZnO近邻原子数为4个，Zn原子位于四个近邻O原子所组成的四面体中心，闪锌矿ZnO沿[111]方向的(111)晶面是密排面，晶体结构的[111]方向也具有极性。2.立方纤维矿结构3.立方岩盐结构ZnO立方岩盐结构是一种高压

6、条件下才稳定存在晶体结构。室温条件下，当压强为9GPa左右，纤锌矿结构的ZnO转变为立方岩盐结构，近邻原子数变为6，相应体积减小了17%。ZnO立方岩盐结构是压强很高时形成的晶体结构，晶格常数a=0.4280nm，空间点群属于Fm3m。每个晶胞中存在2个原子，Zn原子位于(0，0，0)，O原子位于(1/2,1/2,1/2)。它们各自组成面心立方晶格，两者完全相同，然后O原子晶格相对于Zn原子在[100]方向平移1/2格长度后，就形成ZnO典型的立方岩盐晶体结构。ZnO的能带结构在固体的晶格中，由于相互作用从而使原子的一些电子能级劈裂成多个相邻

7、分布的次能级，而这些原子同时又参与了相互作用，这些次能级的总和便形成了能带。能带理论能够清晰的解释半导体的能带结构。Zn电子构型:1s22s22p63s23p63d104s2O电子构型:1s22s22p4通过理论计算表明，ZnO的价带是由Zn原子的3d态与O原子的2p态杂化形成，价带宽度为7eV；导带则主要由O原子的3s态和Zn原子的4s态构成。Zn的3d与O的2p的作用会使价带顶向高能方向移动，价带底则向低能方向移动，作用的结果则使价带变宽，带隙变小；而导带的最低能级（由阳离子s轨道组成）和价带的最高能级（由阴离子p轨道组成）则分别向下、向

8、上推斥后在原来的能隙中极有可能形成了缺陷或其他微扰能级。ZnO的能带结构纤锌矿结构ZnO晶体的导带由S态形成，具有Г7对称性，而价带在晶体场分裂和自旋轨道耦合的共同