ZnO薄膜的研究與制備情況

1、1會計學ZnO薄膜的研究與制備情況薄膜的研究與制備情況Transition Page過渡頁04 ZnO薄膜當前研究情況01 清晰的內容設定02 ZnO的性質與應用03 ZnO薄膜的制備方法01 清晰的內容設定01 ZnO的晶體結構01晶體結構 氧化鋅晶體有三種結構：六邊纖鋅礦結氧化鋅晶體有三種結構：六邊纖鋅礦結構、立方閃鋅礦結構，以及比較罕見的氯化構、立方閃鋅礦結構，以及比較罕見的氯化鈉式八面體結構。六邊纖鋅礦結構在三者中鈉式八面體結構。六邊纖鋅礦結構在三者中穩(wěn)定性最高，因而最常見。立方閃鋅礦結構穩(wěn)定性最高，因而最常見。立方閃鋅礦結構可由逐漸在表面生成氧化鋅的方式獲得。在可由逐漸在表面生成氧化

2、鋅的方式獲得。在兩種晶體中，每個鋅或氧原子都與相鄰原子兩種晶體中，每個鋅或氧原子都與相鄰原子組成以其為中心的正四面體結構。八面體結組成以其為中心的正四面體結構。八面體結構則只曾在構則只曾在100100億帕斯卡的高壓條件下被觀億帕斯卡的高壓條件下被觀察到。察到。 纖鋅礦結構、閃鋅礦結構有中心對稱性，纖鋅礦結構、閃鋅礦結構有中心對稱性，但都沒有軸對稱性。晶體的對稱性質使得纖但都沒有軸對稱性。晶體的對稱性質使得纖鋅礦結構和閃鋅礦結構具有壓電效應。鋅礦結構和閃鋅礦結構具有壓電效應。 纖鋅礦結構的點群為纖鋅礦結構的點群為6mm6mm（國際符號表（國際符號表示），空間群是示），空間群是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比率約為比率約為1.601.60，接近接近1.6331.633的理想六邊形比例。在半導體材的理想六邊形比例。在半導體材料中，鋅、氧多以離子鍵結合，是其壓電性料中，鋅、氧多以離子鍵結合，是其壓電性高的原因之一。高的原因之一。01晶體結構Transition Page過渡頁04 ZnO薄膜當前研究情況02 巧妙的母版設計03 ZnO薄膜的制備方法01 ZnO的晶體結構02 ZnO的性質與應用02性質物理性質：物理性質： 外觀和性狀：白色粉末或六角晶系結晶體。無嗅無味，無砂性。受熱變?yōu)辄S色，冷卻后重又

4、變?yōu)榘咨訜嶂?800時升華。溶解性：溶于酸、濃氫氧化堿、氨水和銨鹽溶液，不溶于水、乙醇?；瘜W性質：化學性質： 氧化鋅是一種著名的白色的顏料，俗名叫鋅白。它的優(yōu)點是遇到H2S氣體不變黑。在加熱時，ZnO由白、淺黃逐步變?yōu)闄幟庶S色，當冷卻后黃色便退去，利用這一特性，把它摻入油漆或加入溫度計中，做成變色油漆或變色溫度計。因ZnO有收斂性和一定的殺菌能力，在醫(yī)藥上常調制成軟膏使用，ZnO還可用作催化劑。02應用太陽能電池太陽能電池：太陽能電池是太陽能電池是ZnO薄膜的一個重要薄膜的一個重要應用領域。通過應用領域。通過LPCVD法制得的法制得的ZnO薄薄膜擁有粗糙的平面，使其擁有較好的光膜擁有粗糙的平

5、面，使其擁有較好的光散射性能。散射性能。ZnO受高能粒子輻射損傷較受高能粒子輻射損傷較小，特別適合于太空中使用。小，特別適合于太空中使用。ZnO在適在適當?shù)膿诫s下表現(xiàn)出低阻特征，可用作太當?shù)膿诫s下表現(xiàn)出低阻特征，可用作太陽能電池的透明電極。而且陽能電池的透明電極。而且Al摻雜可使摻雜可使ZnO薄膜的禁帶寬度增大薄膜的禁帶寬度增大,且具有較高的且具有較高的透光率，高透光率和可調的禁帶寬度使透光率，高透光率和可調的禁帶寬度使其適合作為太陽能電池窗口材料。其適合作為太陽能電池窗口材料。Al摻摻雜雜ZnO薄膜在氣敏傳感器方面應用效果薄膜在氣敏傳感器方面應用效果也非常顯著。也非常顯著。當然，也可運用于發(fā)

6、光器件，當然，也可運用于發(fā)光器件，緩沖緩沖層層，壓電器件等方面。壓電器件等方面。Transition Page過渡頁 01 ZnO的晶體結構02 ZnO的性質與應用03 簡單的展示思路03 ZnO薄膜的制備方法04 ZnO薄膜當前研究情況03制備方法制備方法化學方法脈沖激光沉積法（PLD）分子束外延技術（MBE）超聲噴霧熱分解法(USP)磁控濺射法（MS）化學氣相沉積法（CVD）溶膠-凝膠法(Sol-gel)03制備方法愿使命核心價值觀各模塊理念 磁控濺射法磁控濺射法(MS)(MS)是目前（尤其是國是目前（尤其是國內）研究最多、最成熟的一種內）研究最多、最成熟的一種ZnOZnO薄膜薄膜制備方法

7、。此法適用于各種壓電、氣敏制備方法。此法適用于各種壓電、氣敏和透明導體用優(yōu)質和透明導體用優(yōu)質ZnOZnO薄膜的制備。用薄膜的制備。用此法即使在非晶襯底上也可得到高度此法即使在非晶襯底上也可得到高度軸取向的軸取向的ZnOZnO薄膜。濺射是利用荷能粒薄膜。濺射是利用荷能粒子轟擊靶材，使靶材原子或分子被濺射子轟擊靶材，使靶材原子或分子被濺射出來并沉積到襯底表面的一種工藝。根出來并沉積到襯底表面的一種工藝。根據(jù)靶材在沉積過程中是否發(fā)生化學變化，據(jù)靶材在沉積過程中是否發(fā)生化學變化，可分為普通濺射和反應濺射。若靶材是可分為普通濺射和反應濺射。若靶材是ZnZn，沉積過程中，沉積過程中ZnZn與環(huán)境氣氛中的氧

8、氣與環(huán)境氣氛中的氧氣發(fā)生反應生成發(fā)生反應生成ZnOZnO則是反應濺射；若靶則是反應濺射；若靶材是材是ZnOZnO陶瓷，沉積過程中無化學變化陶瓷，沉積過程中無化學變化則為普通濺射法。則為普通濺射法。03制備方法03制備方法超聲噴霧熱解方法（超聲噴霧熱解方法（USP）超聲噴霧熱解法是通過將金屬鹽溶超聲噴霧熱解法是通過將金屬鹽溶液霧化后噴入高溫區(qū)液霧化后噴入高溫區(qū),使金屬鹽在高溫下使金屬鹽在高溫下分解形成薄膜。此法非常容易實現(xiàn)摻雜分解形成薄膜。此法非常容易實現(xiàn)摻雜,通過加入氯鹽摻雜通過加入氯鹽摻雜Al和和In等元素等元素,可以獲可以獲得電學性質優(yōu)異的薄膜得電學性質優(yōu)異的薄膜,還可以制備出具還可以制備

9、出具有納米顆粒結構、性能優(yōu)異的薄膜。這有納米顆粒結構、性能優(yōu)異的薄膜。這種方法的溶液一般是用醋酸鋅溶于有機種方法的溶液一般是用醋酸鋅溶于有機溶劑或含醋酸的去離子水中。噴霧熱解溶劑或含醋酸的去離子水中。噴霧熱解法的設備與工藝簡單，但也可生長出與法的設備與工藝簡單，但也可生長出與其他方法可比擬的優(yōu)良的其他方法可比擬的優(yōu)良的ZnO薄膜，且薄膜，且易于實現(xiàn)摻雜，是一種非常經(jīng)濟的薄膜易于實現(xiàn)摻雜，是一種非常經(jīng)濟的薄膜制備方法，有望實現(xiàn)規(guī)模化擴大生產(chǎn)，制備方法，有望實現(xiàn)規(guī)模化擴大生產(chǎn)，用于商業(yè)用途。用于商業(yè)用途。Transition Page過渡頁04 快捷的操作技巧01 ZnO的晶體結構02 ZnO的性

10、質與應用03 ZnO薄膜的制備方法04 ZnO薄膜當前研究情況04研究情況 ZnO ZnO薄膜在晶格、光電、壓電、氣薄膜在晶格、光電、壓電、氣敏、壓敏等許多方面具有優(yōu)異的性能，敏、壓敏等許多方面具有優(yōu)異的性能，熱穩(wěn)定性高，在表面聲波器件、太陽能熱穩(wěn)定性高，在表面聲波器件、太陽能電池、氣敏和壓敏器件等很多方面得到電池、氣敏和壓敏器件等很多方面得到了較為廣泛的應用，在紫外探測器、了較為廣泛的應用，在紫外探測器、LEDLED、LDLD等諸多領域也有著巨大的開發(fā)等諸多領域也有著巨大的開發(fā)潛力。而且潛力。而且ZnOZnO薄膜的許多制作工藝和薄膜的許多制作工藝和集成電路工藝相容，可與硅等多種半導集成電路工

11、藝相容，可與硅等多種半導體器件實現(xiàn)集成化，因而備受人們重視，體器件實現(xiàn)集成化，因而備受人們重視，具有廣闊的發(fā)展前景。具有廣闊的發(fā)展前景。 04研究情況盡管人們已對盡管人們已對ZnO薄膜進行了廣泛的研究，并取得了一些薄膜進行了廣泛的研究，并取得了一些有價值的研究成果，但是仍存在一些需要解決的問題。有價值的研究成果，但是仍存在一些需要解決的問題。（1）從基片選擇的角度看，人們已經(jīng)嘗試在各種基片上生長）從基片選擇的角度看，人們已經(jīng)嘗試在各種基片上生長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，并且已經(jīng)獲得高質量的單晶經(jīng)獲得高質量的單晶ZnO薄膜。

12、但從長遠看，薄膜。但從長遠看，A12O3并不是一并不是一種理想的襯底材料，因為它本身不導電，不能制作電極，同時種理想的襯底材料，因為它本身不導電，不能制作電極，同時脆性大、價格比脆性大、價格比Si高得多。相對高得多。相對Al203襯底而言，單晶襯底而言，單晶Si作為作為ZnO薄膜的基片有許多優(yōu)點，如：良好的導電、導熱性，易加薄膜的基片有許多優(yōu)點，如：良好的導電、導熱性，易加工、與工、與IC平面器件工藝有兼容性，并且以制作電極，并有可能平面器件工藝有兼容性，并且以制作電極，并有可能實現(xiàn)實現(xiàn)ZnO器件與硅的電路混合集成，是一類極具發(fā)展?jié)摿Φ囊r器件與硅的電路混合集成，是一類極具發(fā)展?jié)摿Φ囊r底材料。底

13、材料。（2）從薄膜生長的角度看，薄膜的成核生長過程直接影響?。谋∧どL的角度看，薄膜的成核生長過程直接影響薄膜的化學組成、微觀結構、缺陷狀態(tài)等，進而影響著薄膜的物膜的化學組成、微觀結構、缺陷狀態(tài)等，進而影響著薄膜的物理特性。在以往采用反應濺射法制備理特性。在以往采用反應濺射法制備ZnO薄膜的研究中，人們薄膜的研究中，人們對不同工藝條件下對不同工藝條件下ZnO薄膜的形核機理和生長特性缺乏系統(tǒng)研薄膜的形核機理和生長特性缺乏系統(tǒng)研究；因此，研究究；因此，研究ZnO薄膜的生長行為，對于改善薄膜的物理性薄膜的生長行為，對于改善薄膜的物理性能、提高薄膜制備的工藝穩(wěn)定性具有重要的意義。能、提高薄膜制備的工藝穩(wěn)定性具有重要的意義。（3）關于）關于ZnO薄膜的界面問題，包括薄膜的界面問題，包括ZnO與與Si基片之間的界面基片之間的界面和和ZnO晶粒之間的界面。針對目前晶粒之間的界面。針對目前ZnO界面研究較少，應更加界面研究較少，應更加關注關注ZnO與與si基片之間界面的穩(wěn)定性、匹配關系，基片之間界面的穩(wěn)定性、匹配關系，ZnO晶粒之晶粒之間界面處的缺陷、晶粒之間的匹配關系等。通過界面研究，確間界面處的缺陷、晶粒之間的匹配關系等。通過界面研究