氧化鋅薄膜晶格結構、性質、應用

點擊次數:429 更新時間:2014-10-06 03:39:46?? ??來源:http://www.jeanroubier.com/ 【關閉
      氧化鋅薄膜是一種具有優良的壓電、光電、氣敏、壓敏等性質的材料。氧化鋅薄膜的制備方法多樣,薄膜的性質取決于不同的摻雜組分,并與制備工藝緊密相關。簡述了氧化鋅薄膜的制備方法與基本性質與應用,分析了氧化鋅薄膜研究、應用與開發現狀,展望了產業化發展前景。
  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。長期以來,對氧化鋅薄膜的研究主要集中在壓電性、透明導電性、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,在諸多領域得到了很好的應用。近年來,隨著薄膜制備技術的發展,氧化鋅的P型摻雜和PN結制作,利用氧化鋅制作紫外半導體激光器,氧化鋅薄膜光泵浦紫外受激發射的研究成為新興的前沿課題。本文對氧化鋅薄膜的結構、基本性質、最新制備技術及開發應用研究進行了綜述,并對該材料的發展趨勢進行了探討。
  氧化鋅薄膜的晶格結構:
  優質的氧化鋅薄膜具有C軸擇優取向生長的眾多晶粒,每個晶粒都是生長良好的六角形纖鋅礦結構。按照一般的晶體學模型,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a=0.325nm,c=0.521nm,配位數為4:4,每一個鋅原子都位于4個相鄰的氧原子所形成的四面體間隙中,但只占其中半數的氧四面體間隙,氧原子的排列情況與鋅原子相同。單位晶格中含有兩個分子,體積v=0.047615nm,。因而這種結構比較開放,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計量比的氧化鋅為寬帶隙半導體,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、摻雜或退火條件,可形成簡并半導體,導電性能大幅度提高,電阻率可降低到10-4 Ω·cm數量級。
  氧化鋅薄膜的墓本性質與應用:
  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的機電藕合系數,在超聲換能器、頻譜分析器、高頻濾波器、高速光開關及微機械上有相當廣泛的用途,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和濃度變化的特點。一般,吸附還原性氣體時其電導率升高,吸附氧化性氣體時其電導率降低;當其接觸還原性氣體時,隨著氣體濃度的增大,電導率將升高,而當其接觸氧化性氣體時,則隨著氣體的濃度增大電導率會降低。經某些元素摻雜之后的氧化鋅薄膜對有害性氣體、可燃氣體、有機燕氣等具有很好的敏感性,可制成各種氣敏傳感器。
  氧化鋅的壓敏性質主要表現在非線性伏安特征上。氧化鋅壓敏材料受外加電壓作用時,存在一個鬧值電壓,即壓敏電壓(VlmA)。當外加電壓高于該值時即進入擊穿區,此時電壓的微小變化即會引起電流的迅速增大,變化幅度由非線性系數(a)來表征。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,浪涌吸收能力強、性能穩定等突出特征,為氧化鋅壓敏材料在微型電路保護方面的應用開辟了廣闊的市場前景。
  摻鋁氧化鋅(AZO)薄膜具有導電性好,透光率高,對紫外線吸收強,紅外反射率高及對微波衰減率高等優點,是一種性能優異的透明導電薄膜,可用于平面顯示器、太陽能電池、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。
  氧化鋅和藍光材料GaN同為六角纖鋅礦結構,有相近的晶格常數和禁帶寬度,同時,它的激子激活能高達60meV,理論上有可能實現室溫下的紫外受激輻射。氧化鋅薄膜在沉積過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,當氧化鋅薄膜在室溫下產生光致激光發射時,柱狀晶三對互相平行的側面中相對應的晶面在光注入時起反射面的作用,光子在其間往復運動形成駐波而獲得光放大,這一性質使氧化鋅薄膜有可能實現紫外激光發射器件。
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