ZnO薄膜的研究與制備情況.ppt

,ZnO薄膜的研究與制備情況,Contents Page,目錄頁,ZnO的晶體結(jié)構(gòu),04 ZnO薄膜當前研究情況,01 ZnO的晶體結(jié)構(gòu),02 ZnO的性質(zhì)與應(yīng)用,03 ZnO薄膜的制備方法,Transition Page,過渡頁,04 ZnO薄膜當前研究情況,01 清晰的內(nèi)容設(shè)定,02 ZnO的性質(zhì)與應(yīng)用,03 ZnO薄膜的制備方法,01 清晰的內(nèi)容設(shè)定,01 ZnO的晶體結(jié)構(gòu),01 晶體結(jié)構(gòu),氧化鋅晶體有三種結(jié)構(gòu)：六邊纖鋅礦結(jié)構(gòu)、立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，以及比較罕見的氯化鈉式八面體結(jié)構(gòu)。六邊纖鋅礦結(jié)構(gòu)在三者中穩(wěn)定性最高，因而最常見。立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)可由逐漸在表面生成氧化鋅的方式獲得。在兩種晶體中，每個鋅或氧原子都與相鄰原子組成以其為中心的正四面體結(jié)構(gòu)。八面體結(jié)構(gòu)則只曾在100億帕斯卡的高壓條件下被觀察到。 纖鋅礦結(jié)構(gòu)、閃鋅礦結(jié)構(gòu)有中心對稱性，但都沒有軸對稱性。晶體的對稱性質(zhì)使得纖鋅礦結(jié)構(gòu)和閃鋅礦結(jié)構(gòu)具有壓電效應(yīng)。 纖鋅礦結(jié)構(gòu)的點群為6mm（國際符號表示），空間群是P63mc。晶格常量中，a=3.25埃，c=5.2埃；c/a比率約為1.60，接近1.633的理想六邊形比例。在半導體材料中，鋅、氧多以離子鍵結(jié)合，是其壓電性高的原因之一。,01 晶體結(jié)構(gòu),Transition Page,過渡頁,04 ZnO薄膜當前研究情況,02 巧妙的母版設(shè)計,03 ZnO薄膜的制備方法,01 ZnO的晶體結(jié)構(gòu),02 ZnO的性質(zhì)與應(yīng)用,02 性質(zhì),物理性質(zhì)： 外觀和性狀：白色粉末或六角晶系結(jié)晶體。無嗅無味，無砂性。受熱變?yōu)辄S色，冷卻后重又變?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。 化學性質(zhì)： 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(diào)制成軟膏使用，ZnO還可用作催化劑。,02 應(yīng)用,太陽能電池 ： 太陽能電池是ZnO薄膜的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。通過LPCVD法制得的ZnO薄膜擁有粗糙的平面，使其擁有較好的光散射性能。ZnO受高能粒子輻射損傷較小，特別適合于太空中使用。ZnO在適當?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Al摻雜可使ZnO薄膜的禁帶寬度增大,且具有較高的透光率，高透光率和可調(diào)的禁帶寬度使其適合作為太陽能電池窗口材料。Al摻雜ZnO薄膜在氣敏傳感器方面應(yīng)用效果也非常顯著。 當然，也可運用于發(fā)光器件， 緩沖層 ， 壓電器件等方面。,Transition Page,過渡頁,01 ZnO的晶體結(jié)構(gòu),02 ZnO的性質(zhì)與應(yīng)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(shù)（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(MS)是目前（尤其是國內(nèi)）研究最多、最成熟的一種ZnO薄膜制備方法。此法適用于各種壓電、氣敏和透明導體用優(yōu)質(zhì)ZnO薄膜的制備。用此法即使在非晶襯底上也可得到高度軸取向的ZnO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，可分為普通濺射和反應(yīng)濺射。若靶材是Zn，沉積過程中Zn與環(huán)境氣氛中的氧氣發(fā)生反應(yīng)生成ZnO則是反應(yīng)濺射；若靶材是ZnO陶瓷，沉積過程中無化學變化則為普通濺射法。,03 制備方法,03 制備方法,超聲噴霧熱解方法（USP） 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),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,通過加入氯鹽摻雜Al和In等元素,可以獲得電學性質(zhì)優(yōu)異的薄膜,還可以制備出具有納米顆粒結(jié)構(gòu)、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溶劑或含醋酸的去離子水中。噴霧熱解法的設(shè)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ZnO薄膜，且易于實現(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)?；瘮U大生產(chǎn)，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(jié)構(gòu),02 ZnO的性質(zhì)與應(yīng)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，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了較為廣泛的應(yīng)用，在紫外探測器、LED、LD等諸多領(lǐng)域也有著巨大的開發(fā)潛力。而且ZnO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。,04 研究情況,盡管人們已對ZnO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。 （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ZnO薄膜。目前，研究工作主要集中在A12O3基片上，并且已經(jīng)獲得高質(zhì)量的單晶ZnO薄膜。但從長遠看， A12O3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，同時脆性大、價格比Si高得多。相對Al203襯底而言，單晶Si作為ZnO薄膜的基片有許多優(yōu)點，如：良好的導電、導熱性，易加工、與IC平面器件工藝有兼容性，并且以制作電極，并有可能實現(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底材料。 （2）從薄膜生長的角度看，薄膜的成核生長過程直接影響薄膜的化學組成、微觀結(jié)構(gòu)、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(yīng)濺射法制備ZnO薄膜的研究中，人們對不同工藝條件下ZnO薄膜的形核機理和生長特性缺乏系統(tǒng)研究；因此，研究ZnO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。 （3）關(guān)于ZnO薄膜