氧化锌怎么样(氧化锌(ZnO)薄膜的性能分析)

Posted 2023-05-30

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氧化锌怎么样(氧化锌(ZnO)薄膜的性能分析)

ZnO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作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作为透明电极。

ZnO薄膜的高电阻率与单一的C 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，可用作各种压电、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作为一种异质结。

因具有电阻率随表面吸附的气体浓度变化的特点，ZnO 薄膜还可用来制作表面型气敏元件。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。

1、氧化锌(ZnO)薄膜的光学性能

ZnO 薄膜在可见光范围内光透射率高达90%，可以用作优质的太阳电池透明电极，然而它在紫外（UV）和红外（IR）光谱范围内透射率都比较低，这一性质被用作相应光谱区的阻挡层。

图3 是沉积ZnO 薄膜的样品与其基材石英玻璃片透射率的比较，内插图为400~750 nm 的可见光范围的结果比较。可以看出，在410~750 nm 的区间内，沉积ZnO 薄膜的样品，其透射率均大于石英的透射率，最大可提高2.3%。由此可知制备出的ZnO 薄膜已经在一定程度上起到了增透膜的效果，这一结果有望在太阳能电池中得到应用。

图4 是Al 掺杂ZnO（ZAO）薄膜作为透明导电膜的透射光谱和红外反射谱。作为透明导电薄膜的一个显著特性是在红外段的高反射率，能反射大部分的热辐射能量。将其应用于电子器件中，可避免电子器件吸收太多能量而造成升温过快、过高，影响使用效果。

2、氧化锌(ZnO)薄膜的电学性能

由于ZnO 薄膜中存在本征施主缺陷，如间隙Zn 原子、O空位等，使得ZnO 薄膜天然呈弱n 型导电。因此ZnO 薄膜的电阻率一般较高，在10-2 Ω·cm 数量级。但通过调整生长、掺杂或退火条件可形成简单半导体薄膜，导电性能大幅提高，电阻率可降低到10-4 Ω·cm 数量级。

图5 是Al 掺杂ZnO 薄膜的电阻率、电子密度和电子迁移率与（ZnO）1-x （ Al2O3）x 陶瓷靶材（x=w(Al2O3 )= 0、0.01、0.02、0.05）中Al2O3 质量分数的关系曲线[5]。可以看出，Al 掺杂ZnO 薄膜的电阻率随靶材中Al 掺入量的增加呈现先减小后增大的特征，说明适量的Al 掺杂可以获得导电性能较好的n 型Al 掺杂ZnO 薄膜。Al 掺杂ZnO 薄膜的电阻率最低为7.85×10-4 Ω·cm，这可归因于该Al 掺杂ZnO 薄膜同时具有高电子浓度和较高电子迁移率。