文献综述终稿要点

ZnOZnO文献综述文献综述 ZnO作为一种新型的直接宽禁带氧化物半导体材料 近年来受到了研究者的 广泛关注 室温下ZnO的禁带宽度为3 37eV 这一特性使其具有出色的短波长发 光能力 ZnO具有高达60meV的激子束缚能且激子在室温下可以稳定存在 因此 Z nO是制备室温紫外激光二极管 LDs 的理想材料 除此之外 ZnO还具有优良的压 电 气敏 压敏等特性 而且原材料廉价丰富 无毒 化学稳定性及热稳定性好 抗辐射性强 因此 ZnO的诸多方面成为了研究的热点 其中 薄膜作为ZnO的 主要形态结构 具有重要的研究意义和应用价值 随着薄膜制备技术的发展和完 善 几乎所有制备方法都可以用于ZnO薄膜的制备 同时亦能通过掺杂制成良好 的透明导电薄膜 可以适应不同需求 它已成为一种用途广泛 最有开发潜力 的薄膜材料之一 目前 国际上在ZnO 的基础研究和器件研制领域已取得了众多突破性的进展 大量围绕ZnO薄膜的物 理性质展开的研结果已表明 ZnO薄膜的光学 电学参数对外界环的改变比较敏感 例如外界压力 温度 外 加电场改变往往会导致ZnO薄膜光学吸收边的移动 许多国内外学者也从不同角 度研究了ZnO材料 主要可以归纳为 从制备工艺和功能特性两大方面进行研究 ZnO薄膜研究的重点之一是高质量ZnO薄膜的制备问题 高质量ZnO薄膜与它的 工艺参数有着密切的联系 包括制备的方法 不同过渡层的选择 基片的温度 基片的不同选择 基片与靶材的距离 实验过程中的压强等参数 浙江大学汪雷做了ZnO薄膜生长技术的最新研究进展的分析 指出制备ZnO 薄膜的不同方法及其优缺点 其中包括磁控溅射法 喷雾热分解 分子束外延 激光脉冲沉积 金属有机物化学气相外延等沉积枝术得到了有效应用 而一 些新的工艺方法 如溶胶凝胶 原子层处延 化学浴沉积 离子吸附成膜 离 子束辅助沉积 薄膜氧化等也进行了深入研究 采用不同的制备技术 工艺参 数 制备的ZnO薄膜的结晶取向 薄膜厚度 表面平整度以及光电 压电等性质 各有区别 从而 不同方法制备的ZnO薄膜的性能各有优缺点 浙江大学硅材料 国家重点实验室于1996年利用直流磁控溅射在国内首次制备出C轴取向的ZnO单 晶薄膜 P Nunes等将醋酸锌溶解在甲醇中制得0 1M的溶液 采用喷雾热 1 2 分解法制得ZnO薄膜 B M Bagnall利用分子束外延法得到了ZnO 薄膜 并进一步研究了紫外辐射随激发强度和激发温度的变化规律 3 M Joseph等利用脉冲激光沉积技术 400 进行Ga N共掺杂 制得P型ZnO 并制做出ZnO 同质p n结 Y R Ryu等利用PLD 4 5 技术在GaAs衬底上 衬底温度400 500 氧分压35m torr 掺As也得到P ZnO Yoshida利用激光增强金属有机物化学气相沉积 实现了在 100 的沉积温度下生长ZnO 薄膜 透射率高达90 E B Yousfi利用原子层处延技术制得ZnO薄膜 6 7 A E Jim nez Gonzalez等将 znCH3COO 2 2H2O溶解在甲醇中 形成溶胶 在较低的温度下制 得znO薄膜 G W Bao等将醋酸锌和乙二胺混合成溶液 并加入少许NaOH p 8 H在10 11 将载玻片清洗后浸入反应液 在50 沉积1h 取出用蒸馏水洗净干燥得到Z nO薄膜 呈规则排列的销针状 K Borgohain等利用低温液相生长技术生成 9 了ZnO Cu量了点 掺杂水平高达10 wei Li等以Zn为靶材 采用离子束辅助沉积制得ZnO Zn膜 S Cho等利用直流磁控溅射在多孔硅衬底上沉积得到Zn膜 然后 10 11 将其置于latm 氧气氛中 300 1000 氧化30min 得到ZnO多晶薄膜 A Miyake等将ZnS薄膜在空气中800 12 退火5 15h也生长出ZnO 薄膜 刘美林利用sol 13 gel法制备了具有不同择优取向的ZnO纳米颗粒薄膜 同时具体分析了不同工艺参 数对ZnO薄膜质量及生长取向的影响并对不同择优取向ZnO薄膜的生长机制进行 了详细的研究 北京工业大学陈健利用自制的超声雾化热解沉积技术生长了 14 具有C轴择优取向的多晶ZnO薄膜 并研究了各生长条件 如前驱物溶液浓度 衬底温度 沉积时间 退火处理和掺杂浓度对ZnO薄膜结构和性能的影响 实验 结果表明 前驱物浓度增加有利于制备C轴取向生长的ZnO薄膜 400 时 沉积 出高质量C轴择优取向的ZnO薄膜 在氧气气氛下退火温度为600 时 得到的薄 膜结晶性较好 而且 掺杂浓度增加不利于ZnO薄膜的取向生长 受激发射光致 发光结果表明 样品在600 退火时390nm紫外发射最强 同时观察到强度较弱 的可见光发光带 实验还发现 退火气氛可明显改变ZnO的本征和缺陷发光 可 见发光机制探讨中 蓝绿发光的主要是由氧空位或锌填隙等缺陷引起的 Hang Ju Ko等人利用分子束外延 MBE 方法制备了高质量的ZnO薄膜 Zhang等人利 15 16 用分子束外延方法在Al2O3上制备了 ZnO的发光二极管 Su等人利用等离子体协助分子束外延 P MBE 方法制备了ZnO ZnMgO 单量子阱 结合理论计算所得在导带和价带中的第一亚带能量分别是49meV和11 meV Chang等人利用分子束外延生长n 17 ZnO 而利用金属有机化学气相沉积p GaN 发现n ZnO p GaN异质结具有发光二极管特性 张彬 林碧霞 傅竹西 施朝淑用电子束热蒸发技术制备 18 ZnO薄膜 这些有关生长行为的研究结果 对于制备高质量的ZnO 薄膜具有重要价值 研究了不同过渡层对ZnO薄膜质量的影响 并取得了一些有价值的研究成果 例如 Chen等人发现MgO做为过渡层对ZnO 在 001 取向的Al2O3 19 基体上的层状生长是有利的 Ko等人在研究ZnPO原子比对等离子体辅助下ZnO分子束外延生长行为的影响 20 中发现ZnO薄膜的生长是受气氛中的O2浓度所控制的 并给出了生长过程中ZnO表 面重构结构变化的相图 傅立叶红外光谱和拉曼光谱证实了N 已经掺入到 ZnO 中 I V 结果显示他们还制备出了 ZnO 的同质 p n结 Gangil等人利用等离子增强的MOCVD在Al2O3上制备出了N掺杂p型ZnO薄膜 载流子浓度范围为1013 1015 cm 3 电阻率为10 1 102 cm Dietl等人的理论计算预言了 Mn掺杂的 p 型 ZnO 的居里温度高达 300 K以上 并且有较大的磁化强度 Wang 等人利用等离子激光分子束外延制备出了N掺杂p 21 型ZnO薄膜 1998年Tang等人报道了ZnO薄膜的室温紫外受激发射现象 ZnO薄 22 膜很快成为继ZnSe和GaN之后新的短波长半导体材料的研究热点 到目前为止 纯ZnO的研究已经在慢慢的走向完善与成熟 近年内 利用掺杂对ZnO进行改性 使其光学 电学 磁学等特性逐步优化的ZnO基纳米薄膜材料的研究正在进行 在掺杂ZnO的光学改性方面的研究 例如 中国科学技术大学傅竹西教授的研 究小组发现 Ag 掺杂可导致ZnO薄膜的紫外发射显著增强 新加坡南洋理工大学Li等人制备了核 壳层结构ZnO Er2O3纳米棒 该结构的光致发光较纯ZnO显著增强 A P Abiyasa 等人研究发现Ag包覆 ZnO 薄膜的紫外激发得到增强 Jiang等人研究发现Ge掺杂也使得ZnO薄膜的紫外激 发得到增强 在掺杂ZnO的磁学改性方面的研究 T Fukumura 等人研究了Mn掺杂ZnO稀磁半导体 在低温下观察到了相当大的磁阻以及电 23 阻对温度的依赖性几乎与金属相比拟 Sato等人指出 ZnO中掺入 Mn Fe Co Ni等3d过渡金属原子将显示铁磁有序 在众多工艺参数中 我们发现沉积温度对ZnO 薄膜的生长行为起着至关重要的做用 并决定着ZnO 薄膜的光学性能 孙成伟 刘志文等人做了生长温度对磁控溅射ZnO薄膜的 24 结晶特性和光学性能的影响的研究 他们采用反应射频磁控溅射方法 在Si 100 基片上制备了具有高c轴择优取向的 ZnO薄膜 利用原子力显微镜 透射电子显微镜 X射线衍射分析 拉曼光谱等 表征技术 研究了沉积温度对 ZnO薄膜的表面形貌 晶粒尺度 应力状态等结晶性能的影响 通过沉积温度对 透射光谱和光致荧光光谱的影响 探讨了ZnO薄膜的结晶特性与光学性能之间的 关系 研究结果显示 在室温至500 的范围内 ZnO薄膜的晶粒尺寸随沉积温度的 增加而增加 在沉积温度为500 时达到最大 当沉积温度为750 时 ZnO薄膜的 晶粒尺度有所减小 薄膜中 ZnO晶粒与Si基体之间存在一定的外延关系 在沉积温度低于 500 时 制备的ZnO薄膜处于压应变状态 而750 时沉积的薄膜表现为张应变状 态 沉积温度变化所导致的薄膜内应力的改变可能对 ZnO薄膜生长行为产生一定的影响 沉积温度的不同导致 ZnO薄膜的折射率 消光系数 光学禁带宽度以及光致荧光特性的变化 沉积温度对紫外光致荧光特性起着决定性的做用 决定薄膜近紫外光致荧光发 射的主要因素可能是Ar和O2 等残余气体所导致的晶格缺陷密度 内蒙古工业大学 金永军 杜云刚 李继军三人做了氧化锌薄膜的生长条件对其结晶及光学特性的影响的研究 25 比较详细地从不同的生长条件来进行研究 他们采用射频磁控溅射方法在硅 10 0 衬底上制备了ZnO 薄膜 运用X 射线衍射仪 XRD 分析了不同的生长条件和退火处理对ZnO 薄膜结晶特性的影响 他们以Si 100 为基片 A r 气为溅射气体 其流量为5 sccm 本底真空抽至1 0 10 3Pa 溅射气压1 0 Pa 通过溅射高纯度ZnO 99 99 靶 在Si片上生长ZnO 薄膜 基片与靶的距离为10 cm 薄膜沉积时间为30 m in 实验内容基本可分为两部分 1 在基片无加热且改变溅射功率的条件下生长ZnO 薄膜 以此确定合适的溅射功率为120W 2 在基片温度分别为300 400 500 600 且在120W 的溅射功率下生长ZnO 薄膜 以此确定薄膜合适的生长温度 在退火前后均采用B ruker D8 型X 射线衍射仪测定其生长取向 X 射线源为铜Ka 系射线 波长为1 5406 nm ZnO 薄膜抛光的横截面图通过DMM 2330C 型金相显微镜获得 光致发光谱由RF25301PC 紫外 可见分光光度计测得 最后研究结果表明溅射功率为120W 衬底温度为500 时可制备沿 00 2 面取向生长且结晶性能较好的氧化锌薄膜 可做为今后制备ZnO 薄膜的生长条件 在功率为120W 温度为500 条件下制备的样品在400 的空气气氛中退火后 晶粒直径可增至20 nm 左右 但结晶性能有可能降低 可能是在空气中退火 形成添隙氧缺陷造成的 薄膜的压力类型可能由退火前的压应力变为退火后的 张应力 其原因可能是晶粒不断长大使晶格失配氧添隙原子向薄膜内部扩散 锌间隙原子移向表面与氧结合使薄膜收缩产生应力竞争的结果 经金像显微镜 可明显观察到氧化锌的柱状生长 空气中退火 会引起氧空位缺陷的增加 抑制了绿光激发 但在363 nm 和463 nm 处产生近紫外和蓝光发射峰 薄膜是在基底之上生长的 基底和薄膜之间就会存在着一定的相互做用 这种相互做用通常的表现形式是附着 因此 基底的选择和处理对薄膜的 26 27 影响更为重要 丘志仁等人采用准分子激光脉冲 248nm 10Hz 1J cm2 在 28 蓝宝石 001 衬底上生长出ZBO薄膜 发现当膜厚小于200nm时 其膜层由许多纳 米尺寸的单晶组成 具有准量子点特性和激光空间约束效应 这种方法在室温 下实现了受激发射 有较低的阈值和较高增益 有望解决半导体材料紫外波段 室温激光激射的难题 这种方法的优点是可以进行原子操做 易于控制薄膜厚 度 组分和高浓度掺杂 衬底温度较低 能够有限抑制固相外扩散和自掺杂 得到纯度很高的ZnO薄膜 其结晶性很好 氧缺陷密度小 但工艺复杂 设备昂 贵 生长速度慢 不利于规模化生产 汪建华 袁润章等用微波ECR等离子 29 体溅射法在蓝宝石 0112 晶面上生长ZnO 薄膜的研究 并且指出用微波ECR 等离子体溅射法在取向为 0112 蓝宝石基片上外延生长了 1120 晶面的ZnO 薄膜 膜外观上看无色 透明 并且表面很光滑 外延膜沉积温度为380 浙江工业大学隋成华 蔡萍根等人做了蓝宝石光纤端面上ZnO薄膜的制备及 30 其温变光学特性的研究 他们利用电子束蒸发技术在蓝宝石光纤端面上生长出 了具有良好的表面形貌和晶体结构的ZnO 晶体薄膜 蒸镀在蓝宝石光纤端面上的 ZnO 薄膜具有陡峭的光学吸收边 在紫外波段有较强的光吸收 随着波长的增加 ZnO薄膜的光学吸收迅速降低 在可见光波段具有80 左右的透射率 随着测量温 度的升高 ZnO薄膜光学吸收边发生了红移现象 773K 下的薄膜光学吸收边比室温下的光学吸收边向长波长方向移动了22 nm 呈现了负温度效应 相应的禁带宽度随着温度的增加产生了从3126 到3102 eV的近似线性红移 得到了光学吸收边波长与温度之间的关系式 且蒸镀在蓝宝 石光纤端面上的ZnO薄膜带隙值随温度变化非常灵敏 这为今后进一步利用ZnO薄膜光学吸收边随温度变化而移动的特性 研制以ZnO薄膜为敏感材料的新型宽量程光纤温度传感器提供了理论依据和可能 性 厦门大学萨本栋微机电研究中心 孙宏明 郭航等人研究了ZnO压电薄膜的生长与表征 运用XRD和SEM测试了磁 31 控溅射生长的ZnO压电薄膜的C轴择优取向生长情况和晶粒质量 比较了Si 覆盖 在Si基底上的Al薄膜和SixNy 薄膜三种材料衬底以及退火处理对ZnO薄膜的结晶质量的影响 还开发了仍然采 用Al做为底电极但用一层SixNy 薄膜与ZnO层隔离的MEMS压电器件的微制造工艺 以满足生长高质量的ZnO压电薄 膜并与CMOS工艺兼容的要求 在磁控溅射生长工艺中 衬底材料对其上面生长的 ZnO的结晶质量有影响 尤其是压电器件的底电极做为衬底会影响到压电薄膜的 生长 从而降低ZnO晶体的C轴择优取向以及压电特性 并且指出本文实验研究了 磁控溅射法在不同衬底上生长ZnO薄膜 并分别进行XRD表征及SEM断面分析 通 过比较得出SixNy薄膜做为衬底在其上生长的ZnO结晶质量优于Si和Al衬底 且退 火后的薄膜质量也优于Al衬底 在此基础上 开发了采用Al材料做为底电极但用 一层SixNy薄膜与ZnO层隔离的MEMS器件的微制造工艺 陈 源 张德恒 马瑾 杨田林研究了不同有机衬底上沉积的ZnO Al透明导电膜 32 用射频磁控溅射法在不同的有机衬底上制备出附着性好 电阻率低 透射率 高的ZnO Al的透明导电膜 并研究了薄膜的结构 电学和光学特性 他们已用磁控溅射法首次在透明聚酯 胶片 PPA 上制备出高质量ZnO Al 透明导电膜 本工做是在前面工做的基础上尝试用聚异氰酸酯 PI 普通电工用聚酯薄膜 POLYSTER 等为衬底制备AZO 膜 所制备膜的光电特性高于以前的报道 用高频磁控溅射法分别在PPA PI 和POLYSTER 三种衬底上制备出高透射率 低电阻率 附着性好的ZnO Al 透明导电膜 薄膜为多晶六角纤锌矿结构 通过结构 光学和电学特性的比较 聚酯透明胶片 PPA 衬底上的样品最好 可见光区平均透射率为79 而普通电工用聚酯薄膜也可做 为衬底材料制造出质量较好的ZnO Al 透明导电膜 电子科技大学 杨春做了ZnO 0001 薄膜生长初期的模拟研究 以蓝宝石 23 Al O 33 为基片制得的ZnO薄膜在短波光电器件如发光二极管 激光器件等领域 23 Al O 有重要的应用前景 还有的人将软物质或液相材料做为薄膜的制备基底 霍庆 松 张宁玉等人在压强为0 5Pa和0 7Pa的情况下 采用磁控溅射法分别在 34 si及石英玻璃衬底上生长ZnO薄膜 利用原子力显微镜对ZnO薄膜的表面形貌进 行观察 研究了压强及衬底对薄膜表面形貌的影响 研究表明 在Si衬底上生 长的ZnO薄膜 压强为0 7Pa时比压强为0 5Pa时表面粗糙度要大 在相同溅射 气压 0 7Pa 下 si衬底上得到的ZnO薄膜质量明显优于石英玻璃衬底上的 利 用射频反应磁控溅射法在室温下分别在Si片和石英玻璃片上制备ZnO薄膜 实验 所采用的锌靶材的纯度为99 99 靶间距12cm 制备前分别用丙酮 去离子 水 乙醇在超声波中清洗基片15min 给出相同条件下si衬底上的ZnO薄膜质量 明显优于玻璃衬底上的 这是由于ZnO晶体有C轴择优生长的特性 在si衬底上 制备的ZnO薄膜充分发挥了ZnO晶体这一特性 获得了优质的ZnO薄膜 ZnO Si 石英玻璃 主要成分SiO2 不同晶体类型的衬底与ZnO薄膜存在不同程度的晶 格失配 石英玻璃属于非晶态 与ZnO薄膜的失配达到最大 因此 在石英玻璃 上沉积的ZnO薄膜以多晶状态出现 而Si衬底晶格参数与ZnO薄膜相对较为接近 因此 能获得晶体状况较好的ZnO薄膜 相同条件下 由于不同晶体类型的衬 底与ZnO薄膜存在不同程度的晶格失配 而石英玻璃与ZnO薄膜的失配达到最大 在石英玻璃衬底上制备的ZnO薄膜的质量明显不如Si衬底上的 臧竞存 田战魁 刘燕行等人做了ZnWO4 单晶衬底上ZnO 35 薄膜的晶核发育与形貌分析 ZnWO4 单晶的a 晶面与氧化锌c 晶面晶格匹配很好 是制备氧化锌薄膜的优良衬底 他们采用溶胶 凝胶法在ZnWO4 单晶衬底上制备出透明的ZnO 薄膜 通过光学显微镜对薄膜晶核发育过程和形貌进行了详细的分析 实验结 果表明 在结晶刚开始 系统将经历成核 长大的过程 随着生长过程的进行 在主晶轴上 一次轴 上又长出二次轴 三次轴等等 最后逐渐形成树枝状晶核 实验还对sol gel 来制备单晶薄膜的可行性进行了分析 由于ZnO 晶核是在非平衡条件下生长的 在晶核发育过程中又出现了三种不同的生长形 态 成核生长 枝晶生长和分形生长 但是 目前ZnO薄膜的质量还有待于进一步提 高 对应于不同器件的要求 需要进一步加强理论研究并改进生长系统来得到 高质量的材料 已报道的衬底材料主要有玻璃 硅单晶 白宝石 石英 氧化 锌陶瓷基片和ScAlMgO4等几种 利用磁控溅射的方法在石英衬底上沉积出的ZnO 薄膜有较强的紫外发光 在白宝石c 晶面上生长的ZnO 单晶位错密度已从1 1010cm 2 降低到2 109cm 2 室温电子迁移率已接近ZnO 体材料的水平 日本东京技术研究所选用ScAlMgO4 0001 做衬底晶格失配率仅 为0 09 所生长出的薄膜具有特别优良的结构特性 但是 做为衬底材料的基 片依然如上述几种 成为困扰高质量ZnO 薄膜制备的主要原因之一 因此 寻找适宜的衬底材料成为制备高质量ZnO 薄膜的关键 ZnWO4 晶体的a 晶面与氧化锌c 晶面晶格匹配很好 是制备氧化锌薄膜的优良衬底 与其它衬底材料相比 最 大特点是ZnWO4 单晶有一个天然Zn O 层 因此 ZnWO4 单晶上易于ZnO 薄膜的外延生长 本文主要介绍ZnWO4 单晶新鲜解理面 010 上ZnO 薄膜的晶核发育过程和表面形貌 陈 祝 张树人等人做了c轴择优取向 36 ZnO薄膜 RF溅射工艺研究 他们通过射频磁控溅射在 Si 100 基片上制备了 ZnO 薄膜 着重研究了磁控溅射中各生长参数如衬底 温度 氧分压及后处理工艺等因素对氧化锌薄膜结晶性能 表面形貌 择优取向与微结构的影响 并对溅射工艺与取向 结构的关系进行了分析比较 从而确定了最佳溅射及后处理条件并获得了 c轴择优取向的 ZnO 薄膜 他们试验了不同的溅射参数制膜及不同温度退火处理薄膜 并采用 XRD 及 AFM技术对所制备 ZnO 薄膜进行了结构分析测试 发现ZnO 薄膜的择优取向 002 峰相对强度随溅射温度的升高而增加 在300 时最佳 高温溅射会出现取向变化 溅射氩氧气氛比在 V Ar V O2 20 5时薄膜结构最佳 且最后退火温度对 ZnO 薄膜的结构及取向的影响不大 600 退火最佳 在由此确定的最佳溅射条件及后处理工艺下 制备了具有较好的 c轴取向 均匀 致密 平整度好的 ZnO 薄膜 张德恒 王卿璞 薛忠营三人 做了不同衬底上的ZnO薄膜紫外光致发光的研究 他们用射频磁控溅射法在 19 蓝宝石 硅和石英衬底上沉积出具有好的择优取向的多晶ZnO薄膜 在270nm波长的光激发下室温下可观察到显著的紫外光发射 波长为356nm 和较弱的蓝光发射 波长为446nm 经高温退火后薄膜的结晶质量显著提高 在蓝宝石 石英衬底上沉积的薄膜 其积分发光强度分别增加了7倍和14倍 而硅衬底上的膜发光强度增强不太显著 紫外光发射源于电子的带间跃迁 而蓝光发射是由电子从氧空位浅施主能级到价带顶的跃迁引起的 从功能特性方面研究 自从1998 年Tang 等人报道了ZnO薄膜的光抽运近紫外受激发射现象以后 ZnO 37 再次成为当今半导体材料研究领域的热点 M B Assouar将ZnO薄膜和IDTS外延 在金钢石薄膜上 做成ZnO IDTS Diamond Si滤波器 日本松田公司还在蓝宝石 衬底上外延ZnO薄膜做出了低损耗的1 5GHz的高频SAW滤波器 目前正在研究开 发2GHz的产品 浙江大学吕建国 汪 雷 叶志镇 赵炳辉做了ZnO 38 40 41 薄膜应用的最新研究进展 他们详细介绍了ZnO薄膜在晶格 光电 压电 气敏 压敏等许多方面具有优异的性能 热稳定性高 在表面声波器件 太阳能电池 气敏和压敏器件等很多方面得到了较为广泛的应用 在紫外探测器 LED LD等诸多领域也有着巨大的开发潜力 而且ZnO 薄膜的许多制做工艺与集成电路工艺相容 可与硅等多种半导体器件实现集成 化 因而备受人们重视 具有广阔的发展前景 当然 做为一种半导体材料 ZnO 的许多应用依赖于其 P N结特性 目前 虽已实现了ZnO的P型掺杂 兰州物理研究所 赵印中 李 林等人做了ZnO 薄膜的结构 性能及其应用的研究 他们指出 ZnO 42 具有熔点高 制备简单 沉积温度低和较低的电子诱生缺陷等优点 硅基生长的 ZnO 薄膜有希望将光电子器件制做与传统的硅平面工艺相兼容 另外 在透明导电膜的研究方面 掺铝 ZnO 膜 ZAO 也有同 ITO 膜可比拟的光学电学性质 可在光电显示领域用来做为透明电极ZnO 薄膜的高电阻率与单一的 轴结晶择优取向决定了它具有良好的压电常数与机电耦合系数 可用做各种压 电 压光 电声与声光器件 具有中等大小电阻率的ZnO 薄膜是一种n型半导体 其与一种适宜的p型半导体相结合可以在太阳能光电转 换领域中做为一种异质结因具有电阻率随表面吸附的气体浓度变化的特点 ZnO 薄膜还可用来制做表面型气敏元件 通过掺入不同元素 可应用于还原性酸性气体 可燃性气体 CH 族气体探测器 报警器等此外 它还在蓝光调制器 低损失率光波导 液晶显 示 光催化 电子摄影机 热反射窗等领域具有潜在应用 傅竹西 林碧霞 何一平 廖桂红做了ZnO 薄膜的反射 43 透射光谱及能带结构测量 他们采用正入射的方法研究了生长在硅基片上的氧 化锌薄膜的反射光谱 测量出氧化锌薄膜的光学吸收边在 370nm 所对应的能量值为 3135eV 测量生长在石英玻璃基片上的氧化锌薄膜的透射光谱 得到相同的吸收边 表明 ZnO 薄膜的光学禁带宽度与体材料的禁带宽度一致 研究发现 反射谱中 在 550 600nm 之间观察到一个吸收峰 吸收峰的位置以及吸收边的陡峭程度都随薄膜的结晶状 况的不同而有所不同 在反射谱中55 0 6 00nm之间观察到一个吸收峰 在Si 100 和 Si 111 基片上生长的氧化锌薄膜的吸收峰位置有明显差别 最后指出 吸收边的陡峭程度及吸收峰的位置不仅与基片取向有关 还与样品的热处理条件 有关 经过深入分析反射光谱的上述变化都取决于薄膜的结晶状况 王玉玺 张伟力做了纳米氧化锌薄膜的光致发光特性研究 他们利用低压金属有机气相 外延 L P MOCVD 工艺首先在二氧化硅衬底上生长硫化锌 ZnS 薄膜 然后 将硫化锌薄膜在氧气中于不同温度下进行热氧化 制备高质量的纳米氧化锌 ZnO 薄膜最后指出在900 退火的样品的光致发光 PL 中 在波长为3 3eV 处观察到一束强紫外光致发光和相当弱的深能级发射L紫外发光强度与深能级发 射强度之比是80 表明纳米ZnO 薄膜的高质量结晶 温战华 王立等人做了退火温度对 44 ZnO薄膜结构和发光性能的影响的研究 他们采用常压金属有机物化学气相淀积 法在 0001 Al2O3 衬底上 以二乙基锌 Zn C2 H5 2 做 Zn源 H2O 做氧 O 源 N2 为载气外延生长 ZnO 单晶膜 生长前先通 H2 对石墨 衬底进行高温灼烧 然后采用二步外延生长法 在衬底上先长一层 ZnO 低温缓冲层 后在 600 下外延 ZnO 薄膜 生长出高质量 ZnO 单晶膜 再将 ZnO薄膜依次在空气中进行了710 860 不同温度的退火处理 用 X射线双晶衍射 光致发光法研究了退火温度对 ZnO 薄膜的结构 发光性能的影响 他们发现随着退火温度升高 薄膜结晶性能变好 但高于 770 时样品表面出现立方相 ZnO2 样品的 PL 谱测试表明随退火温度的升高 样品表面形成深能级缺陷 导致了绿光峰的出现并不断增强 对样品进行 ICP 刻蚀 证实了深能级缺陷以及 ZnO2 相存在于表面薄层 国内外的学者的确从不同的角度研究了ZnO材料 但目前关于基底自身结构 和性质对薄膜的结构和性质的影响 基底的性质对薄膜位向分布的报导仍不多 见 薄膜所展现出的许多优良的电学和光学特性源于其各种不同的结构和形貌 而其结构和形貌的形成则决定于薄膜的生长基底和环境 故目前很多薄膜制 备研究工作都是围绕此来展开的 国内外学者在此方面的研究较少且不够系统 本文在参阅了相关资料和前人研究的情况下 以锌的自然沉积过程为媒介 着重研究真空镀膜中基底的选择和处理对Zn薄膜生长的影响 1 李剑光 等 半导体学报 1 996 1 7 11 877 2 Nunes P et a1 Thin Solid Films 2001 383 277 3 Bagnall D M et a1 Appl Phys Lett 1 998 73 8 1038 4 Joseph M et a1 Jpn J Appl Phys part 1 1999 38 1205 5 Ryu Y R et a1 J Cryst Growth 2000 21 6 330 6 Yoshida A et a1 J Elec Spect Re1 Pheno 1 996 8O 97 7 Yous i E B et a1 Thin Solid Film s 2001 387 29 8 Jim6nez Gonzalez A E et a1 J Cryst Growth 1 998 1 92 43O 9 Lindroos S et a1 Inter J Inorgan M ater 2000 2 1 97 10 Li W et a1 Nuc1 Instr M eth in Phys Res B 2000 1 69 59 11 Cho S et a1 Appl Phys Lett 1 999 75 18 2761 12 Miyake A et a1 J Pn App1 Phys 2000 39 L1186 13 刘美林 不同择优取向的ZnO纳米颗粒薄膜 14 陈健 超声雾化热解法制备ZnO薄膜结构及其性能研究 15 Hang Ju Ko Yang L Magruder R H et a1 NuclInstr and M eth B 1 994 91 493 16 Zhang K S Gilinsky A M Kob