ZnO薄膜的研究與制備情況

ZnO薄膜的研究與制備情況第1頁/共16頁TransitionPage過渡頁04ZnO薄膜當(dāng)前研究情況01清晰的內(nèi)容設(shè)定02ZnO的性質(zhì)與應(yīng)用03ZnO薄膜的制備方法01清晰的內(nèi)容設(shè)定01ZnO的晶體結(jié)構(gòu)第2頁/共16頁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(dǎo)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。第3頁/共16頁01晶體結(jié)構(gòu)第4頁/共16頁TransitionPage過渡頁04ZnO薄膜當(dāng)前研究情況02巧妙的母版設(shè)計03ZnO薄膜的制備方法01ZnO的晶體結(jié)構(gòu)02ZnO的性質(zhì)與應(yīng)用第5頁/共16頁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?；瘜W(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(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。第6頁/共16頁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(dāng)?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(dāng)然，也可運(yùn)用于發(fā)光器件，

緩沖層

，

壓電器件等方面。第7頁/共16頁TransitionPage過渡頁

01ZnO的晶體結(jié)構(gòu)02ZnO的性質(zhì)與應(yīng)用03簡單的展示思路03ZnO薄膜的制備方法04ZnO薄膜當(dāng)前研究情況第8頁/共16頁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)第9頁/共16頁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(dǎo)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Ｃ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(xué)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(xué)變化則為普通濺射法。第10頁/共16頁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(xué)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(jī)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(jì)的薄膜制備方法，有望實現(xiàn)規(guī)?；瘮U(kuò)大生產(chǎn)，用于商業(yè)用途。第11頁/共16頁TransitionPage過渡頁04快捷的操作技巧01ZnO的晶體結(jié)構(gòu)02ZnO的性質(zhì)與應(yīng)用03

ZnO薄膜的制備方法04ZnO薄膜當(dāng)前研究情況第12頁/共16頁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(dǎo)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。第13頁/共16頁04研究情況盡管人們已對ZnO薄膜進(jìn)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(yuǎn)看，A12O3并不是一種理想的襯底材料，因為它本身不導(dǎo)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(dǎo)電、導(dǎo)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(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ZnO薄膜的研究中，人們對不同工藝條件下ZnO薄膜的形核機(jī)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薄膜的界面問題，包括ZnO與Si基片之間的界面和ZnO晶粒之間的界面。針對