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氧化鋅薄膜晶格結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、應(yīng)用

點(diǎn)擊次數(shù):52028 更新時(shí)間:2014-10-06 03:39:46?? ??來(lái)源:http://m.highmindedu.com/ 【關(guān)閉
      氧化鋅薄膜是一種具有優(yōu)良的壓電、光電、氣敏、壓敏等性質(zhì)的材料。氧化鋅薄膜的制備方法多樣,薄膜的性質(zhì)取決于不同的摻雜組分,并與制備工藝緊密相關(guān)。簡(jiǎn)述了氧化鋅薄膜的制備方法與基本性質(zhì)與應(yīng)用,分析了氧化鋅薄膜研究、應(yīng)用與開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀,展望了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景。
  氧化鋅(氧化鋅)薄膜是一種具有廣泛用途的材料,其性能隨摻雜組分和制備條件的不同而變化。長(zhǎng)期以來(lái),對(duì)氧化鋅薄膜的研究主要集中在壓電性、透明導(dǎo)電性、光電性、氣敏性、壓敏性等方面。人們用氧化鋅薄膜做成了聲表面波諧振器、壓電器件、太陽(yáng)電池透明電極和增透膜、液晶顯示器透明電極、氣敏濕敏傳感器等,在諸多領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。近年來(lái),隨著薄膜制備技術(shù)的發(fā)展,氧化鋅的P型摻雜和PN結(jié)制作,利用氧化鋅制作紫外半導(dǎo)體激光器,氧化鋅薄膜光泵浦紫外受激發(fā)射的研究成為新興的前沿課題。本文對(duì)氧化鋅薄膜的結(jié)構(gòu)、基本性質(zhì)、最新制備技術(shù)及開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究進(jìn)行了綜述,并對(duì)該材料的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。
  氧化鋅薄膜的晶格結(jié)構(gòu):
  優(yōu)質(zhì)的氧化鋅薄膜具有C軸擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的眾多晶粒,每個(gè)晶粒都是生長(zhǎng)良好的六角形纖鋅礦結(jié)構(gòu)。按照一般的晶體學(xué)模型,氧化鋅晶體是由氧的六角密堆積和鋅的六角密堆積反向嵌套而成的,晶格常數(shù)a=0.325nm,c=0.521nm,配位數(shù)為4:4,每一個(gè)鋅原子都位于4個(gè)相鄰的氧原子所形成的四面體間隙中,但只占其中半數(shù)的氧四面體間隙,氧原子的排列情況與鋅原子相同。單位晶格中含有兩個(gè)分子,體積v=0.047615nm,。因而這種結(jié)構(gòu)比較開(kāi)放,間隙原子的形成焙比較低,半徑較小的組成原子容易變成間隙原子,如氧化鋅中Zn的濃度比較高?;瘜W(xué)計(jì)量比的氧化鋅為寬帶隙半導(dǎo)體,禁帶寬度約3.3eV,本征氧化鋅薄膜的電阻率高于106 Ω·cm改變生長(zhǎng)、摻雜或退火條件,可形成簡(jiǎn)并半導(dǎo)體,導(dǎo)電性能大幅度提高,電阻率可降低到10-4 Ω·cm數(shù)量級(jí)。
  氧化鋅薄膜的墓本性質(zhì)與應(yīng)用:
  氧化鋅薄膜在垂直于基片表面C軸取向一致的情況下,就能具有像氧化鋅單晶那樣的較好的各向異性壓電性。作為一種壓電材料,它以其所具有的較強(qiáng)的機(jī)電藕合系數(shù),在超聲換能器、頻譜分析器、高頻濾波器、高速光開(kāi)關(guān)及微機(jī)械上有相當(dāng)廣泛的用途,是制備高頻表面聲波器件的首選材料。
  氧化鋅薄膜具有電阻率隨表面吸附氣體種類(lèi)和濃度變化的特點(diǎn)。一般,吸附還原性氣體時(shí)其電導(dǎo)率升高,吸附氧化性氣體時(shí)其電導(dǎo)率降低;當(dāng)其接觸還原性氣體時(shí),隨著氣體濃度的增大,電導(dǎo)率將升高,而當(dāng)其接觸氧化性氣體時(shí),則隨著氣體的濃度增大電導(dǎo)率會(huì)降低。經(jīng)某些元素?fù)诫s之后的氧化鋅薄膜對(duì)有害性氣體、可燃?xì)怏w、有機(jī)燕氣等具有很好的敏感性,可制成各種氣敏傳感器。
  氧化鋅的壓敏性質(zhì)主要表現(xiàn)在非線性伏安特征上。氧化鋅壓敏材料受外加電壓作用時(shí),存在一個(gè)鬧值電壓,即壓敏電壓(VlmA)。當(dāng)外加電壓高于該值時(shí)即進(jìn)入擊穿區(qū),此時(shí)電壓的微小變化即會(huì)引起電流的迅速增大,變化幅度由非線性系數(shù)(a)來(lái)表征。氧化鋅薄膜所具有的較低的壓敏電壓和較高的非線性系數(shù),浪涌吸收能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定等突出特征,為氧化鋅壓敏材料在微型電路保護(hù)方面的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的市場(chǎng)前景。
  摻鋁氧化鋅(AZO)薄膜具有導(dǎo)電性好,透光率高,對(duì)紫外線吸收強(qiáng),紅外反射率高及對(duì)微波衰減率高等優(yōu)點(diǎn),是一種性能優(yōu)異的透明導(dǎo)電薄膜,可用于平面顯示器、太陽(yáng)能電池、透明電板,以及需要阻擋紫外線、屏蔽熱輻射和電磁波的地方。
  氧化鋅和藍(lán)光材料GaN同為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu),有相近的晶格常數(shù)和禁帶寬度,同時(shí),它的激子激活能高達(dá)60meV,理論上有可能實(shí)現(xiàn)室溫下的紫外受激輻射。氧化鋅薄膜在沉積過(guò)程中具有自組裝性能,柱狀晶的截面呈六邊形,柱狀晶垂直于襯底表面,當(dāng)氧化鋅薄膜在室溫下產(chǎn)生光致激光發(fā)射時(shí),柱狀晶三對(duì)互相平行的側(cè)面中相對(duì)應(yīng)的晶面在光注入時(shí)起反射面的作用,光子在其間往復(fù)運(yùn)動(dòng)形成駐波而獲得光放大,這一性質(zhì)使氧化鋅薄膜有可能實(shí)現(xiàn)紫外激光發(fā)射器件。
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