ZnO薄膜的研究与制备情况

1、1会计学ZnO薄膜的研究与制备情况薄膜的研究与制备情况Transition Page过渡页04 ZnO薄膜当前研究情况01 清晰的内容设定02 ZnO的性质与应用03 ZnO薄膜的制备方法01 清晰的内容设定01 ZnO的晶体结构01晶体结构 氧化锌晶体有三种结构：六边纤锌矿结氧化锌晶体有三种结构：六边纤锌矿结构、立方闪锌矿结构，以及比较罕见的氯化构、立方闪锌矿结构，以及比较罕见的氯化钠式八面体结构。六边纤锌矿结构在三者中钠式八面体结构。六边纤锌矿结构在三者中稳定性最高，因而最常见。立方闪锌矿结构稳定性最高，因而最常见。立方闪锌矿结构可由逐渐在表面生成氧化锌的方式获得。在可由逐渐在表面生成氧化

2、锌的方式获得。在两种晶体中，每个锌或氧原子都与相邻原子两种晶体中，每个锌或氧原子都与相邻原子组成以其为中心的正四面体结构。八面体结组成以其为中心的正四面体结构。八面体结构则只曾在构则只曾在100100亿帕斯卡的高压条件下被观亿帕斯卡的高压条件下被观察到。察到。 纤锌矿结构、闪锌矿结构有中心对称性，纤锌矿结构、闪锌矿结构有中心对称性，但都没有轴对称性。晶体的对称性质使得纤但都没有轴对称性。晶体的对称性质使得纤锌矿结构和闪锌矿结构具有压电效应。锌矿结构和闪锌矿结构具有压电效应。 纤锌矿结构的点群为纤锌矿结构的点群为6mm6mm（国际符号表（国际符号表示），空间群是示），空间群是P63mcP63mc

3、。晶格常量中，。晶格常量中，a=3.25a=3.25埃，埃，c=5.2c=5.2埃；埃；c/ac/a比率约为比率约为1.601.60，接近接近1.6331.633的理想六边形比例。在半导体材的理想六边形比例。在半导体材料中，锌、氧多以离子键结合，是其压电性料中，锌、氧多以离子键结合，是其压电性高的原因之一。高的原因之一。01晶体结构Transition Page过渡页04 ZnO薄膜当前研究情况02 巧妙的母版设计03 ZnO薄膜的制备方法01 ZnO的晶体结构02 ZnO的性质与应用02性质物理性质：物理性质： 外观和性状：白色粉末或六角晶系结晶体。无嗅无味，无砂性。受热变为黄色，冷却后重又

4、变为白色加热至1800时升华。溶解性：溶于酸、浓氢氧化碱、氨水和铵盐溶液，不溶于水、乙醇。化学性质：化学性质： 氧化锌是一种著名的白色的颜料，俗名叫锌白。它的优点是遇到H2S气体不变黑。在加热时，ZnO由白、浅黄逐步变为柠檬黄色，当冷却后黄色便退去，利用这一特性，把它掺入油漆或加入温度计中，做成变色油漆或变色温度计。因ZnO有收敛性和一定的杀菌能力，在医药上常调制成软膏使用，ZnO还可用作催化剂。02应用太阳能电池太阳能电池：太阳能电池是太阳能电池是ZnO薄膜的一个重要薄膜的一个重要应用领域。通过应用领域。通过LPCVD法制得的法制得的ZnO薄薄膜拥有粗糙的平面，使其拥有较好的光膜拥有粗糙的平

5、面，使其拥有较好的光散射性能。散射性能。ZnO受高能粒子辐射损伤较受高能粒子辐射损伤较小，特别适合于太空中使用。小，特别适合于太空中使用。ZnO在适在适当的掺杂下表现出低阻特征，可用作太当的掺杂下表现出低阻特征，可用作太阳能电池的透明电极。而且阳能电池的透明电极。而且Al掺杂可使掺杂可使ZnO薄膜的禁带宽度增大薄膜的禁带宽度增大,且具有较高的且具有较高的透光率，高透光率和可调的禁带宽度使透光率，高透光率和可调的禁带宽度使其适合作为太阳能电池窗口材料。其适合作为太阳能电池窗口材料。Al掺掺杂杂ZnO薄膜在气敏传感器方面应用效果薄膜在气敏传感器方面应用效果也非常显著。也非常显著。当然，也可运用于发

6、光器件，当然，也可运用于发光器件，缓冲缓冲层层，压电器件等方面。压电器件等方面。Transition Page过渡页 01 ZnO的晶体结构02 ZnO的性质与应用03 简单的展示思路03 ZnO薄膜的制备方法04 ZnO薄膜当前研究情况03制备方法制备方法化学方法脉冲激光沉积法（PLD）分子束外延技术（MBE）超声喷雾热分解法(USP)磁控溅射法（MS）化学气相沉积法（CVD）溶胶-凝胶法(Sol-gel)03制备方法愿使命核心价值观各模块理念 磁控溅射法磁控溅射法(MS)(MS)是目前（尤其是国是目前（尤其是国内）研究最多、最成熟的一种内）研究最多、最成熟的一种ZnOZnO薄膜薄膜制备方法

7、。此法适用于各种压电、气敏制备方法。此法适用于各种压电、气敏和透明导体用优质和透明导体用优质ZnOZnO薄膜的制备。用薄膜的制备。用此法即使在非晶衬底上也可得到高度此法即使在非晶衬底上也可得到高度轴取向的轴取向的ZnOZnO薄膜。溅射是利用荷能粒薄膜。溅射是利用荷能粒子轰击靶材，使靶材原子或分子被溅射子轰击靶材，使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种工艺。根出来并沉积到衬底表面的一种工艺。根据靶材在沉积过程中是否发生化学变化，据靶材在沉积过程中是否发生化学变化，可分为普通溅射和反应溅射。若靶材是可分为普通溅射和反应溅射。若靶材是ZnZn，沉积过程中，沉积过程中ZnZn与环境气氛中的氧

8、气与环境气氛中的氧气发生反应生成发生反应生成ZnOZnO则是反应溅射；若靶则是反应溅射；若靶材是材是ZnOZnO陶瓷，沉积过程中无化学变化陶瓷，沉积过程中无化学变化则为普通溅射法。则为普通溅射法。03制备方法03制备方法超声喷雾热解方法（超声喷雾热解方法（USP）超声喷雾热解法是通过将金属盐溶超声喷雾热解法是通过将金属盐溶液雾化后喷入高温区液雾化后喷入高温区,使金属盐在高温下使金属盐在高温下分解形成薄膜。此法非常容易实现掺杂分解形成薄膜。此法非常容易实现掺杂,通过加入氯盐掺杂通过加入氯盐掺杂Al和和In等元素等元素,可以获可以获得电学性质优异的薄膜得电学性质优异的薄膜,还可以制备出具还可以制备

9、出具有纳米颗粒结构、性能优异的薄膜。这有纳米颗粒结构、性能优异的薄膜。这种方法的溶液一般是用醋酸锌溶于有机种方法的溶液一般是用醋酸锌溶于有机溶剂或含醋酸的去离子水中。喷雾热解溶剂或含醋酸的去离子水中。喷雾热解法的设备与工艺简单，但也可生长出与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其他方法可比拟的优良的ZnO薄膜，且薄膜，且易于实现掺杂，是一种非常经济的薄膜易于实现掺杂，是一种非常经济的薄膜制备方法，有望实现规模化扩大生产，制备方法，有望实现规模化扩大生产，用于商业用途。用于商业用途。Transition Page过渡页04 快捷的操作技巧01 ZnO的晶体结构02 ZnO的性

10、质与应用03 ZnO薄膜的制备方法04 ZnO薄膜当前研究情况04研究情况 ZnO ZnO薄膜在晶格、光电、压电、气薄膜在晶格、光电、压电、气敏、压敏等许多方面具有优异的性能，敏、压敏等许多方面具有优异的性能，热稳定性高，在表面声波器件、太阳能热稳定性高，在表面声波器件、太阳能电池、气敏和压敏器件等很多方面得到电池、气敏和压敏器件等很多方面得到了较为广泛的应用，在紫外探测器、了较为广泛的应用，在紫外探测器、LEDLED、LDLD等诸多领域也有着巨大的开发等诸多领域也有着巨大的开发潜力。而且潜力。而且ZnOZnO薄膜的许多制作工艺和薄膜的许多制作工艺和集成电路工艺相容，可与硅等多种半导集成电路工

11、艺相容，可与硅等多种半导体器件实现集成化，因而备受人们重视，体器件实现集成化，因而备受人们重视，具有广阔的发展前景。具有广阔的发展前景。 04研究情况尽管人们已对尽管人们已对ZnO薄膜进行了广泛的研究，并取得了一些薄膜进行了广泛的研究，并取得了一些有价值的研究成果，但是仍存在一些需要解决的问题。有价值的研究成果，但是仍存在一些需要解决的问题。（1）从基片选择的角度看，人们已经尝试在各种基片上生长）从基片选择的角度看，人们已经尝试在各种基片上生长ZnO薄膜。目前，研究工作主要集中在薄膜。目前，研究工作主要集中在A12O3基片上，并且已基片上，并且已经获得高质量的单晶经获得高质量的单晶ZnO薄膜。

12、但从长远看，薄膜。但从长远看，A12O3并不是一并不是一种理想的衬底材料，因为它本身不导电，不能制作电极，同时种理想的衬底材料，因为它本身不导电，不能制作电极，同时脆性大、价格比脆性大、价格比Si高得多。相对高得多。相对Al203衬底而言，单晶衬底而言，单晶Si作为作为ZnO薄膜的基片有许多优点，如：良好的导电、导热性，易加薄膜的基片有许多优点，如：良好的导电、导热性，易加工、与工、与IC平面器件工艺有兼容性，并且以制作电极，并有可能平面器件工艺有兼容性，并且以制作电极，并有可能实现实现ZnO器件与硅的电路混合集成，是一类极具发展潜力的衬器件与硅的电路混合集成，是一类极具发展潜力的衬底材料。底

13、材料。（2）从薄膜生长的角度看，薄膜的成核生长过程直接影响薄）从薄膜生长的角度看，薄膜的成核生长过程直接影响薄膜的化学组成、微观结构、缺陷状态等，进而影响着薄膜的物膜的化学组成、微观结构、缺陷状态等，进而影响着薄膜的物理特性。在以往采用反应溅射法制备理特性。在以往采用反应溅射法制备ZnO薄膜的研究中，人们薄膜的研究中，人们对不同工艺条件下对不同工艺条件下ZnO薄膜的形核机理和生长特性缺乏系统研薄膜的形核机理和生长特性缺乏系统研究；因此，研究究；因此，研究ZnO薄膜的生长行为，对于改善薄膜的物理性薄膜的生长行为，对于改善薄膜的物理性能、提高薄膜制备的工艺稳定性具有重要的意义。能、提高薄膜制备的工艺稳定性具有重要的意义。（3）关于）关于ZnO薄膜的界面问题，包括薄膜的界面问题，包括ZnO与与Si基片之间的界面基片之间的界面和和ZnO晶粒之间的界面。针对目前晶粒之间的界面。针对目前ZnO界面研究较少，应更加界面研究较少，应更加关注关注ZnO与与si基片之间界面的稳定性、匹配关系，基片之间界面的稳定性、匹配关系，ZnO晶粒之晶粒之间界面处的缺陷、晶粒之间的匹配关系等。通过界面研究，确间界面处的缺陷、晶粒之间的匹配关系等。通过界面研究