zno薄膜材料的制備工藝設(shè)計(jì)

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1、ZnO薄膜材料的制備工藝設(shè)計(jì)1、ZnO薄膜材料的應(yīng)用及性能研究狀況2、氧化鋅薄膜的制備與技術(shù)3、利用中頻脈沖電源和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法制備ZnO薄膜材料4、薄膜的性能應(yīng)用及主要表征方法概述引言近年來(lái)，由予光電子器件快速發(fā)展，尤其是GaN研究進(jìn)程的加快，光電材料成為研究的重點(diǎn)。透明氧化物(TransparentConduc．tiveOxide簡(jiǎn)稱TCO)薄膜具有禁帶寬、可見(jiàn)光譜區(qū)光透射率高和電阻率低等特性，其研究與開(kāi)發(fā)同樣得到飛速的發(fā)展，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、平面顯示、特殊功能窗口層

2、以及光電器件領(lǐng)域。其主要包括In、Sb、zn和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料，而以摻錫氧化銦(Tin—DopedIndiumOxide簡(jiǎn)稱I，I'O膜)薄膜為代表透明導(dǎo)電薄膜材料的研究較成熟，應(yīng)用最為廣泛，美日等國(guó)也已經(jīng)投入批量生產(chǎn)。但金屬銦價(jià)格十分昂貴，相對(duì)來(lái)說(shuō)，制備氧化鋅薄膜的原材料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、毒性小。特別用znO制作固體激光器，激發(fā)波長(zhǎng)有向短波方向發(fā)展的趨勢(shì)，摻鋁氧化鋅膜(znO：A1)?也有同rI’O膜可比擬的光學(xué)電學(xué)性質(zhì)，使znO化合物成為半導(dǎo)體材料中一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，

3、開(kāi)始逐步應(yīng)用到眾多領(lǐng)域中。1、ZnO薄膜材料的應(yīng)用及性能研究狀況1.1ZnO薄膜材料的應(yīng)用ZnO由于其優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì),使其在許多方面都有廣闊的應(yīng)用前景.下面主要介紹ZnO薄膜在太陽(yáng)能電池、表面聲波器件、氣敏壓敏元件以及在紫外探測(cè)、場(chǎng)發(fā)射顯示器等方面的應(yīng)用.1.1.1太陽(yáng)能電池ZnO薄膜尤其是AZO(ZnO:A1)膜,具有良好的透明導(dǎo)電性能,可與ITO(In2O3:Sn)膜相媲美.而且相對(duì)ITO膜,AZO膜無(wú)毒性,價(jià)廉易得,穩(wěn)定性高,正逐步成為ITO薄膜的替代材料.ZnO薄膜主要是作為透明導(dǎo)電

4、電極和窗口材料用于太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)制備,ZnO受高能粒子輻射損傷較小,因此特別適合于太空中使用.R.Groenen等人利用擴(kuò)展熱等離子束技術(shù)制得ZnO:A1薄膜(ρ<0.1Ω·m,T>80%),已應(yīng)用于Si:hp-i-n太陽(yáng)能電池生產(chǎn).1.1.2表面聲波器件ZnO本征材料是一種具有六角纖鋅礦相結(jié)構(gòu)的n型半導(dǎo)體,有較高的機(jī)電耦合系數(shù)和較低的介電常數(shù),因而被廣泛地用于制作表面聲波器件(SAW).但是,要達(dá)到SAW器件良好的c軸擇優(yōu)取向性、高電阻率,從而有高的聲電轉(zhuǎn)換效率以及晶粒細(xì)小、表面光滑、晶體缺

5、陷少以減少對(duì)SAW的散射的要求,還得對(duì)ZnO薄膜進(jìn)行進(jìn)一步的工藝加工處理.用ZnO薄膜制成的SAW器件有工作損耗低、傳輸損耗低、聲電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn).J.J.Chen等用直流反應(yīng)磁控濺射法制備的ZnO薄膜具有良好的c軸擇優(yōu)取向性,其表面非常光滑(表面粗糙度即凹凸差值為7.8nm),界面清晰,機(jī)械性能優(yōu)良,電阻率高達(dá)1.97×107Ω·cm.實(shí)驗(yàn)證明:用這種薄膜制作的SAW器件頻率可達(dá)830MHz,而輸入損耗僅為20dB.1.1.3氣敏壓敏元件ZnO薄膜光電導(dǎo)性隨表面吸附的氣體種類和濃度不同會(huì)發(fā)生

6、很大變化.據(jù)此特點(diǎn),ZnO薄膜可用來(lái)制作表面氣敏器件,通過(guò)摻入不同元素,可檢測(cè)不同的氣體,其敏感度用該氣體環(huán)境下電導(dǎo)G與空氣中電導(dǎo)G0的比值G/G0來(lái)表示.H.Y.Bae、G.L.Tan等人用Sol–ge1分別合成了ZnO薄膜氣敏元件,其對(duì)CO、H2和CH4等均有較高的敏感度.實(shí)驗(yàn)表明:配制的前體溶液pH值越小,薄膜對(duì)CH4敏感程度越高.而摻Sn、Al形成的ZnO:Sn、ZnO:A1薄膜可檢測(cè)乙醇蒸汽,且在675K下敏感度最高,G/G0=190.另外,ZnO薄膜在室溫下就能產(chǎn)生較強(qiáng)的紫外受激輻射

7、,特別是它的激子結(jié)合能高達(dá)60MeV,在目前常用的半導(dǎo)體材料中首屈一指,這一特性使它具備了室溫下短波長(zhǎng)發(fā)光的有利條件.浙江大學(xué)已用PLD法在硅襯底上制得性能優(yōu)良的ZnO薄膜,并直接用平面磁控濺射制備了叉指狀電極,在波長(zhǎng)從340nm到400nm的連續(xù)光譜光線照射下,ZnO光導(dǎo)型紫外探測(cè)器有很明顯的光響應(yīng)特性,其截止波長(zhǎng)為370nm.1.2ZnO薄膜材料的性能研究狀況ZnO作為一種直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料,其單晶在室溫下禁帶寬度約為3.3eV,該性質(zhì)使其在光電器件領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景.ZnO材料的

8、激子結(jié)合能高達(dá)60MeV,其發(fā)光波長(zhǎng)比GaN的藍(lán)光波長(zhǎng)還要短,可以進(jìn)一步提高光存儲(chǔ)的密度.ZnO以其諸多優(yōu)良的綜合性能將成為下一代寬帶隙半導(dǎo)體材料,因?yàn)樯L(zhǎng)大尺寸、優(yōu)質(zhì)的ZnO單晶無(wú)論對(duì)于基礎(chǔ)研究還是實(shí)際應(yīng)用都有重要意義.此外,ZnO薄膜由于具有光電耦合系數(shù)大,介電常數(shù)小,光透過(guò)率高,化學(xué)性能穩(wěn)定等特性,在制造透明導(dǎo)電電極、表面聲波器件、傳感器、平面板顯示器件、太陽(yáng)能電池等許多領(lǐng)域有著廣泛的用途.例如:ZnO薄膜的電阻率高于10-6Ω·m,在合適的生長(zhǎng)、摻雜或退火條件下可形成簡(jiǎn)單半導(dǎo)體,導(dǎo)電性能