ZnO薄膜的研究與制備情況

1、1會(huì)計(jì)學(xué)ZnO薄膜的研究與制備情況薄膜的研究與制備情況Transition Page過(guò)渡頁(yè)04 ZnO薄膜當(dāng)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)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(jiàn)的氯化構(gòu)、立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，以及比較罕見(jiàn)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(jiàn)。立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最高，因而最常見(jiàn)。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(gè)鋅或氧原子都與相鄰原子兩種晶體中，每個(gè)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)組成以其為中心的正四面體結(jié)構(gòu)。八面體結(jié)構(gòu)則只曾在構(gòu)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(jié)構(gòu)、閃鋅礦結(jié)構(gòu)有中心對(duì)稱(chēng)性，纖鋅礦結(jié)構(gòu)、閃鋅礦結(jié)構(gòu)有中心對(duì)稱(chēng)性，但都沒(méi)有軸對(duì)稱(chēng)性。晶體的對(duì)稱(chēng)性質(zhì)使得纖但都沒(méi)有軸對(duì)稱(chēng)性。晶體的對(duì)稱(chēng)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)。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(diǎn)群為纖鋅礦結(jié)構(gòu)的點(diǎn)群為6mm6mm（國(guó)際符號(hào)表（國(guó)際符號(hào)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(dǎo)體材的理想六邊形比例。在半導(dǎo)體材料中，鋅、氧多以離子鍵結(jié)合，是其壓電性料中，鋅、氧多以離子鍵結(jié)合，是其壓電性高的原因之一。高的原因之一。01晶體結(jié)構(gòu)Transition Page過(guò)渡頁(yè)04 ZnO薄膜當(dāng)前研究情況02 巧妙的母版設(shè)計(jì)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)：物理性質(zhì)： 外觀和性狀：白色粉末或六角晶系結(jié)晶體。無(wú)嗅無(wú)味，無(wú)砂性。受熱變?yōu)辄S色，冷卻后重又

4、變?yōu)榘咨訜嶂?800時(shí)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(xué)性質(zhì)：化學(xué)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(diǎn)是遇到H2S氣體不變黑。在加熱時(shí)，ZnO由白、淺黃逐步變?yōu)闄幟庶S色，當(dāng)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(jì)中，做成變色油漆或變色溫度計(jì)。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(yáng)能電池太陽(yáng)能電池：太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能電池是ZnO薄膜的一個(gè)重要薄膜的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。通過(guò)應(yīng)用領(lǐng)域。通過(guò)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(dāng)?shù)膿诫s下表現(xiàn)出低阻特征，可用作太當(dāng)?shù)膿诫s下表現(xiàn)出低阻特征，可用作太陽(yáng)能電池的透明電極。而且陽(yáng)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(diào)的禁帶寬度使透光率，高透光率和可調(diào)的禁帶寬度使其適合作為太陽(yáng)能電池窗口材料。其適合作為太陽(yáng)能電池窗口材料。Al摻摻雜雜ZnO薄膜在氣敏傳感器方面應(yīng)用效果薄膜在氣敏傳感器方面應(yīng)用效果也非常顯著。也非常顯著。當(dāng)然，也可運(yùn)用于發(fā)

6、光器件，當(dāng)然，也可運(yùn)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(guò)渡頁(yè) 01 ZnO的晶體結(jié)構(gòu)02 ZnO的性質(zhì)與應(yīng)用03 簡(jiǎn)單的展示思路03 ZnO薄膜的制備方法04 ZnO薄膜當(dāng)前研究情況03制備方法制備方法化學(xué)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(xué)氣相沉積法（CVD）溶膠-凝膠法(Sol-gel)03制備方法愿使命核心價(jià)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(guó)是目前（尤其是國(guó)內(nèi)）研究最多、最成熟的一種內(nèi)）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(dǎo)體用優(yōu)質(zhì)和透明導(dǎo)體用優(yōu)質(zhì)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(lái)并沉積到襯底表面的一種工藝。根出來(lái)并沉積到襯底表面的一種工藝。根據(jù)靶材在沉積過(guò)程中是否發(fā)生化學(xué)變化，據(jù)靶材在沉積過(guò)程中是否發(fā)生化學(xué)變化，可分為普通濺射和反應(yīng)濺射。若靶材是可分為普通濺射和反應(yīng)濺射。若靶材是ZnZn，沉積過(guò)程中，沉積過(guò)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(yīng)生成發(fā)生反應(yīng)生成ZnOZnO則是反應(yīng)濺射；若靶則是反應(yīng)濺射；若靶材是材是ZnOZnO陶瓷，沉積過(guò)程中無(wú)化學(xué)變化陶瓷，沉積過(guò)程中無(wú)化學(xué)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(guò)將金屬鹽溶超聲噴霧熱解法是通過(guò)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(shí)現(xiàn)摻雜分解形成薄膜。此法非常容易實(shí)現(xiàn)摻雜,通過(guò)加入氯鹽摻雜通過(guò)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(xué)性質(zhì)優(yōu)異的薄膜得電學(xué)性質(zhì)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(jié)構(gòu)、性能優(yōu)異的薄膜。這有納米顆粒結(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(jī)種方法的溶液一般是用醋酸鋅溶于有機(jī)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(shè)備與工藝簡(jiǎn)單，但也可生長(zhǎng)出與法的設(shè)備與工藝簡(jiǎn)單，但也可生長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)摻雜，是一種非常經(jīng)濟(jì)的薄膜易于實(shí)現(xiàn)摻雜，是一種非常經(jīng)濟(jì)的薄膜制備方法，有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模化擴(kuò)大生產(chǎn)，制備方法，有望實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘮U(kuò)大生產(chǎn)，用于商業(yè)用途。用于商業(yè)用途。Transition Page過(guò)渡頁(yè)04 快捷的操作技巧01 ZnO的晶體結(jié)構(gòu)02 ZnO的性

10、質(zhì)與應(yīng)用03 ZnO薄膜的制備方法04 ZnO薄膜當(dāng)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(yáng)能熱穩(wěn)定性高，在表面聲波器件、太陽(yáng)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(yīng)用，在紫外探測(cè)器、了較為廣泛的應(yīng)用，在紫外探測(cè)器、LEDLED、LDLD等諸多領(lǐng)域也有著巨大的開(kāi)發(fā)等諸多領(lǐng)域也有著巨大的開(kāi)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(dǎo)集成電路工

11、藝相容，可與硅等多種半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)集成化，因而備受人們重視，體器件實(shí)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(duì)盡管人們已對(duì)ZnO薄膜進(jìn)行了廣泛的研究，并取得了一些薄膜進(jìn)行了廣泛的研究，并取得了一些有價(jià)值的研究成果，但是仍存在一些需要解決的問(wèn)題。有價(jià)值的研究成果，但是仍存在一些需要解決的問(wèn)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(zhǎng)）從基片選擇的角度看，人們已經(jīng)嘗試在各種基片上生長(zhǎng)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(zhì)量的單晶經(jīng)獲得高質(zhì)量的單晶ZnO薄膜。

12、但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，薄膜。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，A12O3并不是一并不是一種理想的襯底材料，因?yàn)樗旧聿粚?dǎo)電，不能制作電極，同時(shí)種理想的襯底材料，因?yàn)樗旧聿粚?dǎo)電，不能制作電極，同時(shí)脆性大、價(jià)格比脆性大、價(jià)格比Si高得多。相對(duì)高得多。相對(duì)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(diǎn)，如：良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，易加薄膜的基片有許多優(yōu)點(diǎn)，如：良好的導(dǎo)電、導(dǎo)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(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)ZnO器件與硅的電路混合集成，是一類(lèi)極具發(fā)展?jié)摿Φ囊r器件與硅的電路混合集成，是一類(lèi)極具發(fā)展?jié)摿Φ囊r底材料。底

13、材料。（2）從薄膜生長(zhǎng)的角度看，薄膜的成核生長(zhǎng)過(guò)程直接影響?。谋∧どL(zhǎng)的角度看，薄膜的成核生長(zhǎng)過(guò)程直接影響薄膜的化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)等，進(jìn)而影響著薄膜的物膜的化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)等，進(jìn)而影響著薄膜的物理特性。在以往采用反應(yīng)濺射法制備理特性。在以往采用反應(yīng)濺射法制備ZnO薄膜的研究中，人們薄膜的研究中，人們對(duì)不同工藝條件下對(duì)不同工藝條件下ZnO薄膜的形核機(jī)理和生長(zhǎng)特性缺乏系統(tǒng)研薄膜的形核機(jī)理和生長(zhǎng)特性缺乏系統(tǒng)研究；因此，研究究；因此，研究ZnO薄膜的生長(zhǎng)行為，對(duì)于改善薄膜的物理性薄膜的生長(zhǎng)行為，對(duì)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(guān)于）關(guān)于ZnO薄膜的界面問(wèn)題，包括薄膜的界面問(wèn)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(duì)目前晶粒之間的界面。針對(duì)目前ZnO界面研究較少，應(yīng)更加界面研究較少，應(yīng)更加關(guān)注關(guān)注ZnO與與si基片之間界面的穩(wěn)定性、匹配關(guān)系，基片之間界面的穩(wěn)定性、匹配關(guān)系，ZnO晶粒之晶粒之間界面處的缺陷、晶粒之間的匹配關(guān)系等。通過(guò)界面研究，確間界面處的缺陷、晶粒之間的匹配關(guān)系等。通過(guò)界面研究