ZnO薄膜的研究与制备情况.ppt

,ZnO薄膜的研究与制备情况,Contents Page,目录页,ZnO的晶体结构,04 ZnO薄膜当前研究情况,01 ZnO的晶体结构,02 ZnO的性质与应用,03 ZnO薄膜的制备方法,Transition Page,过渡页,04 ZnO薄膜当前研究情况,01 清晰的内容设定,02 ZnO的性质与应用,03 ZnO薄膜的制备方法,01 清晰的内容设定,01 ZnO的晶体结构,01 晶体结构,氧化锌晶体有三种结构：六边纤锌矿结构、立方闪锌矿结构，以及比较罕见的氯化钠式八面体结构。六边纤锌矿结构在三者中稳定性最高，因而最常见。立方闪锌矿结构可由逐渐在表面生成氧化锌的方式获得。在两种晶体中，每个锌或氧原子都与相邻原子组成以其为中心的正四面体结构。八面体结构则只曾在100亿帕斯卡的高压条件下被观察到。 纤锌矿结构、闪锌矿结构有中心对称性，但都没有轴对称性。晶体的对称性质使得纤锌矿结构和闪锌矿结构具有压电效应。 纤锌矿结构的点群为6mm（国际符号表示），空间群是P63mc。晶格常量中，a=3.25埃，c=5.2埃；c/a比率约为1.60，接近1.633的理想六边形比例。在半导体材料中，锌、氧多以离子键结合，是其压电性高的原因之一。,01 晶体结构,Transition Page,过渡页,04 ZnO薄膜当前研究情况,02 巧妙的母版设计,03 ZnO薄膜的制备方法,01 ZnO的晶体结构,02 ZnO的性质与应用,02 性质,物理性质： 外观和性状：白色粉末或六角晶系结晶体。无嗅无味，无砂性。受热变为黄色，冷却后重又变为白色加热至1800时升华。溶解性：溶于酸、浓氢氧化碱、氨水和铵盐溶液，不溶于水、乙醇。 化学性质： 氧化锌是一种著名的白色的颜料，俗名叫锌白。它的优点是遇到H2S气体不变黑。在加热时，ZnO由白、浅黄逐步变为柠檬黄色，当冷却后黄色便退去，利用这一特性，把它掺入油漆或加入温度计中，做成变色油漆或变色温度计。因ZnO有收敛性和一定的杀菌能力，在医药上常调制成软膏使用，ZnO还可用作催化剂。,02 应用,太阳能电池 ： 太阳能电池是ZnO薄膜的一个重要应用领域。通过LPCVD法制得的ZnO薄膜拥有粗糙的平面，使其拥有较好的光散射性能。ZnO受高能粒子辐射损伤较小，特别适合于太空中使用。ZnO在适当的掺杂下表现出低阻特征，可用作太阳能电池的透明电极。而且Al掺杂可使ZnO薄膜的禁带宽度增大,且具有较高的透光率，高透光率和可调的禁带宽度使其适合作为太阳能电池窗口材料。Al掺杂ZnO薄膜在气敏传感器方面应用效果也非常显著。 当然，也可运用于发光器件， 缓冲层 ， 压电器件等方面。,Transition Page,过渡页,01 ZnO的晶体结构,02 ZnO的性质与应用,03 简单的展示思路,03 ZnO薄膜的制备方法,04 ZnO薄膜当前研究情况,03 制备方法,制备方法化学方法,脉冲激光沉积法（PLD）,分子束外延技术（MBE）,超声喷雾热分解法(USP),磁控溅射法（MS）,化学气相沉积法（CVD）,溶胶-凝胶法(Sol-gel),03 制备方法,愿,使命,核心 价值观,各模 块理念,磁控溅射法(MS)是目前（尤其是国内）研究最多、最成熟的一种ZnO薄膜制备方法。此法适用于各种压电、气敏和透明导体用优质ZnO薄膜的制备。用此法即使在非晶衬底上也可得到高度轴取向的ZnO薄膜。溅射是利用荷能粒子轰击靶材，使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种工艺。根据靶材在沉积过程中是否发生化学变化，可分为普通溅射和反应溅射。若靶材是Zn，沉积过程中Zn与环境气氛中的氧气发生反应生成ZnO则是反应溅射；若靶材是ZnO陶瓷，沉积过程中无化学变化则为普通溅射法。,03 制备方法,03 制备方法,超声喷雾热解方法（USP） 超声喷雾热解法是通过将金属盐溶液雾化后喷入高温区,使金属盐在高温下分解形成薄膜。此法非常容易实现掺杂,通过加入氯盐掺杂Al和In等元素,可以获得电学性质优异的薄膜,还可以制备出具有纳米颗粒结构、性能优异的薄膜。这种方法的溶液一般是用醋酸锌溶于有机溶剂或含醋酸的去离子水中。喷雾热解法的设备与工艺简单，但也可生长出与其他方法可比拟的优良的ZnO薄膜，且易于实现掺杂，是一种非常经济的薄膜制备方法，有望实现规模化扩大生产，用于商业用途。,Transition Page,过渡页,04 快捷的操作技巧,01 ZnO的晶体结构,02 ZnO的性质与应用,03 ZnO薄膜的制备方法,04 ZnO薄膜当前研究情况,04 研究情况,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薄膜的许多制作工艺和集成电路工艺相容，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。,04 研究情况,尽管人们已对ZnO薄膜进行了广泛的研究，并取得了一些有价值的研究成果，但是仍存在一些需要解决的问题。 （1）从基片选择的角度看，人们已经尝试在各种基片上生长ZnO薄膜。目前，研究工作主要集中在A12O3基片上，并且已经获得高质量的单晶ZnO薄膜。但从长远看， A12O3并不是一种理想的衬底材料，因为它本身不导电，不能制作电极，同时脆性大、价格比Si高得多。相对Al203衬底而言，单晶Si作为ZnO薄膜的基片有许多优点，如：良好的导电、导热性，易加工、与IC平面器件工艺有兼容性，并且以制作电极，并有可能实现ZnO器件与硅的电路混合集成，是一类极具发展潜力的衬底材料。 （2）从薄膜生长的角度看，薄膜的成核生长过程直接影响薄膜的化学组成、微观结构、缺陷状态等，进而影响着薄膜的物理特性。在以往采用反应溅射法制备ZnO薄膜的研究中，人们对不同工艺条件下ZnO薄膜的形核机理和生长特性缺乏系统研究；因此，研究ZnO薄膜的生长行为，对于改善薄膜的物理性能、提高薄膜制备的工艺稳定性具有重要的意义。 （3）关于ZnO薄膜的界面问题，包括ZnO与Si基片之间的界面和ZnO晶粒之间的界面。针对目前ZnO界面研究较少，应更加关注ZnO与si基片之间界面的稳定性、匹配关系，ZnO晶粒之间界面处的缺陷、晶粒之间的匹配关系等。通过界面研究，确定界面缺陷类型，进而减少缺陷密度，提高薄膜质量。,