1、 論文答辯論文答辯 ZnO薄膜的制備與應用進展 學學 生生 ：張順張順 導導 師師 ：周曉明周曉明 期期 班班 ：11材料物理材料物理 參考文獻參考文獻 總結總結 氧化鋅薄膜的應用進展氧化鋅薄膜的應用進展 氧化鋅薄膜的制備方法氧化鋅薄膜的制備方法 緒論緒論 論文結構論文結構 引言：引言： ZnO 是一種寬帶隙族化合物半導體材料，ZnO 室溫下的禁帶寬度約為 3.37 eV，激子束縛能高達 60 meV，比其室溫下的熱離化能26 meV 大很多，非常適合用于制作短波長發光器件及紫外探測器。ZnO 與GaN 具有相同的晶體結構、相近的晶格常數和禁帶寬度，相比于GaN，ZnO的熔點更高，熱穩定性及化

2、學穩定性更好。ZnO 單晶薄膜可以在低于500的生長溫度下獲得，比 GaN 等其他寬禁帶半導體材料的制備溫度低很多，因此可以大大減少高溫制備所產生的缺陷。另外，ZnO 原材料資源豐富、價格低廉，無毒無污染，是一種綠色環保型材料，具有十分廣闊的應用前景。 緒論緒論 緒論緒論 氧化鋅結構氧化鋅結構 ZnO 是一種-族氧化物材料，在自然條件下，其穩定相的晶體結構為六 方纖鋅礦 (Wurtzite) 結構，屬于六角晶系（hexagonal）6 mm點群。可以視為由沿著c軸方向的Zn-O“原子偶層”堆垛而成，即一層Zn原子與一層O原子緊靠在一起的重復排列結構。其中Zn原子和O原子各自按六方密堆方式排列，

3、每一個Zn原子位于四個相鄰的O原子所形成的四面體間隙中，但只占據其中半數的O四面體間隙。 緒論緒論 氧化鋅薄膜的基本性質氧化鋅薄膜的基本性質 （1） ZnO 薄膜的光電性質 （2） ZnO 薄膜的壓電性質 （3） ZnO 薄膜的氣敏性質 （4） ZnO 薄膜的壓敏性質 ZnO 薄膜由于量子空間局域作用使得大量電子被束縛在晶界處，表現出很強的界面效應，使其比體材料及其它金屬氧化物材料有更高的導電率，透明性和傳輸率。氧化鋅薄膜作為一種優異的光電和壓電相結合的電子信息材料，它在壓電轉換，光電顯示以及集成電子器件等方面有廣泛的應用。 ZnO薄膜的制備方法及基本原理 制備ZnO 薄膜的方法很多，不同的制

4、備方法，所制備出來的薄膜晶體結構、質量也有很大的差異。現今，ZnO 薄膜常用的制備方法主要有以下幾種： 1.磁控濺射法 2.脈沖激光沉積法(PLD) 3.分子束外延法(MBE) 4.化學氣相沉積法(CVD) 5.金屬有機物化學氣相沉積 (MOCVD) 6.噴霧熱分解法 7.溶膠凝膠法ZnOZnO薄膜的制備方法及基本原理薄膜的制備方法及基本原理 1. 磁控濺射法磁控濺射法 濺射法制備薄膜是利用氣體放電產生的正離子在電場的作用下高速轟擊作為陰極的靶材，使靶材中的原子或分子溢出而沉積在基片上形成所需的薄膜。 2 .脈沖激光沉積法脈沖激光沉積法(PLD) 脈沖激光沉積方法通過將高功率脈沖激光束聚焦后作

5、用于靶材表面，使靶表面材料氣化產生高溫高壓等離子體向外膨脹并在襯底上沉積形成薄膜。 3 .分子束外延法分子束外延法(MBE) 分子束外延法是在超高真空條件下精確控制原材料的中性分子即分子束的強度，把分子束射到加熱的基片上外延生長。 4. 化學氣相沉積法化學氣相沉積法(CVD) 化學氣相沉積法（CVD）是將含有構成薄膜元素的一種或幾種化合物或單質氣體，借助氣相反應生成薄膜的方法。 5.金屬有機物化學氣相沉積金屬有機物化學氣相沉積 (MOCVD) 此方法是利用金屬有機化合物進行金屬輸運的一種氣相外延生長技術，載氣體把金屬有機化合物和其它氣源攜帶到反應室中加熱的襯底上方，隨著溫度的升高在氣相和氣固界

6、面發生一系列物理和化學變化，最終在襯底表面上生成外延層。 ZnOZnO薄膜的制備方法及基本原理薄膜的制備方法及基本原理 6 .噴霧熱分解法噴霧熱分解法 噴霧熱解法（Spray pyrolysis）的主要原理是把反應物以氣溶膠（霧）形式引入反應腔中沉積在基片上，在一定壓力驅使下抵達高溫基片表面并在其上發生裂解，形成薄膜。 7. 溶膠凝膠法溶膠凝膠法 一個呈液態分散、高度均勻的體系（溶液或液膠）經化學或物理方式的處理整體轉變成一個呈類固態分散、高度均勻的體系（凝膠）的過程稱為溶膠凝膠過程，而利用這個過程制備材料就是溶膠凝膠法。ZnOZnO薄膜的制備方法及基本原理薄膜的制備方法及基本原理 應用進展應

7、用進展 ZnOZnO薄膜的應用進展薄膜的應用進展 ZnO是一種多功能氧化物材料，在光電、壓電、熱電、鐵電、鐵磁等各個領域都具有優異的性能，可制作氣敏傳感器、表面波器件MSM結構的光導型、肖特基型ZnO紫外探測器、ZnO場發射器件以及ZnO薄膜晶體管(TFT)器件等，這些器件只需要實現n型導電就可以滿足要求。然而，ZnO的最大優勢卻在于制作低闡值的紫外發光二極管LED以及激光二極管LD器件，它們均要求P型導電的ZnO薄膜。本章主要對ZnO薄膜的P型摻雜和ZnO同質結LED發光器件的研究進展進行簡單的介紹。 應用進展應用進展 1.ZnO1.ZnO薄膜的薄膜的P P型摻雜研究進展型摻雜研究進展 Zn

8、O薄膜的P型的摻雜主要分為單元素摻雜以及多元素共摻雜。其中單元素摻雜分為I族元素摻雜和V族元素摻雜。多元素共摻雜主要是III-V族元素的摻雜。 2 .ZnO2 .ZnO同質結同質結LEDLED發光器件的研究進展發光器件的研究進展 人們在ZnO同質結器件方面做了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果，甚至實現了電致發光，但是在大部分報道的ZnO發光器件的發光效率都比較低，離具體的實際應用還用一定的距離，器件的整體性能還有待進一步的提高。 總結總結 1.半導體材料的研究大致經歷了三代，其中第一代半導體材料以硅 (Si)、鍺 (Ge)半導體為主；第二代半導體材料以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)

9、等為主；第三代半導體材料具有禁帶寬度大、電子漂移飽和速度高、介電常數小等特點，以GaN和氧化鋅ZnO等為典型的代表。 2. ZnO是一種寬帶隙 (Eg=3.37eV)-族氧化物材料，在自然條件下，其穩定相的晶體結構為六方纖鋅礦 (Wurtzite) 結構，屬于六角晶系（hexagonal）6 mm點群。因其具有優良的光學、電學、化學、機械性能及熱穩定性，在紫外光探測器，發光器件，傳感器件，太陽能電池等方面有廣泛的應用。 總結總結 3.ZnO 薄膜的方法很多，不同的制備方法，所制備出來的薄膜晶體結構、質量也有很大的差異。現今，ZnO 薄膜常用的制備方法主要有磁控濺射法、脈沖激光沉積法(PLD)、分子束外延法(MBE)、化學氣相沉積法(CVD)、金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)、超聲噴霧熱解及溶膠凝膠法(Sol-gel)等