氧化鋅(ZnO)薄膜的性能分析

氧化鋅(ZnO)薄膜的性能分析ZnO具有熔點高、制備簡單、沉積溫度低和較低的電子誘生缺陷等優(yōu)點。硅基生長的ZnO薄膜有希望將光電子器件制作與傳統(tǒng)的硅平面工藝相兼容。另外，在透明導(dǎo)電膜的研究方面，摻鋁ZnO膜(ZAO)也有同ITO膜可比較的光學(xué)電學(xué)性質(zhì)，可在光電顯示領(lǐng)域用來作為透明電極。

ZnO薄膜的高電阻率與單一的C軸結(jié)晶擇優(yōu)取向決定了它具有良好的壓電常數(shù)與機(jī)電耦合系數(shù)，可用作各種壓電、壓光、電聲與聲光器件。具有中等大小電阻率的ZnO薄膜是一種n型半導(dǎo)體，其與一種適宜的p型半導(dǎo)體相結(jié)合可以在太陽能光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域中作為一種異質(zhì)結(jié)。

因具有電阻率隨表面吸附的氣體濃度變化的特點，ZnO薄膜還可用來制作表面型氣敏元件。通過摻入不同元素，可應(yīng)用于復(fù)原性酸性氣體、可燃性氣體、CH族氣體探測器、報警器等。此外，它還在藍(lán)光調(diào)制器、低損失率光波導(dǎo)、液晶顯示、光催化、電子攝影機(jī)、熱反射窗等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。

1、氧化鋅(ZnO)薄膜的光學(xué)性能

ZnO薄膜在可見光范圍內(nèi)光透射率高達(dá)90%，可以用作優(yōu)質(zhì)的太陽電池透明電極，然而它在紫外（UV）和紅外（IR）光譜范圍內(nèi)透射率都比較低，這一性質(zhì)被用作相應(yīng)光譜區(qū)的阻擋層。

圖3是沉積ZnO薄膜的樣品與其基材石英玻璃片透射率的比較，內(nèi)插圖為400~750nm的可見光范圍的結(jié)果比較?？梢钥闯觯?10~750nm的區(qū)間內(nèi)，沉積ZnO薄膜的樣品，其透射率均大于石英的透射率，最大可提高2.3%。由此可知制備出的ZnO薄膜已經(jīng)在一定程度上起到了增透膜的效果，這一結(jié)果有望在太陽能電池中得到應(yīng)用。

圖4是Al摻雜ZnO（ZAO）薄膜作為透明導(dǎo)電膜的透射光譜和紅外反射譜。作為透明導(dǎo)電薄膜的一個顯著特性是在紅外段的高反射率，能反射大部分的熱輻射能量。將其應(yīng)用于電子器件中，可防止電子器件吸收太多能量而造成升溫過快、過高，影響使用效果。

2、氧化鋅(ZnO)薄膜的電學(xué)性能

由于ZnO薄膜中存在本征施主缺陷，如間隙Zn原子、O空位等，使得ZnO薄膜天然呈弱n型導(dǎo)電。因此ZnO薄膜的電阻率一般較高，在10-2Ω·cm數(shù)量級。但通過調(diào)整生長、摻雜或退火條件可形成簡單半導(dǎo)體薄膜，導(dǎo)電性能大幅提高，電阻率可降低到10-4Ω·cm數(shù)量級。

圖5是Al摻雜ZnO薄膜的電阻率、電子密度和電子遷移率與（ZnO）1-x（Al2O3）x陶瓷靶材（x=w(Al2O3)=0、0.01、0.02、0.05）中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線[5]。可以看出，Al摻雜ZnO薄膜的電阻率隨靶材中Al摻入量的增加呈現(xiàn)先減小后增大的特征，說明適量的Al摻雜可以獲得導(dǎo)電性能較好的n型Al摻雜ZnO薄膜。Al摻雜ZnO薄膜的電阻率最低為7.85×10-4Ω·cm，這可歸因于該Al摻雜ZnO薄膜同時具有高電子濃度和較高電子遷移率。

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