文献综述终稿要点

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1、ZnO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,ZnO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

2、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

3、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

4、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M ； P. Nunes等切将醋酸锌溶解在甲醇中制得0. 1M的溶 液，采用喷雾热分解法制得 ZnO 薄膜； BMBagnall 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 b。M. Joseph等利用脉冲激光沉积技术，400C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等口利用PLD技术在GaAs 衬底上（衬底温度400500C，氧分压35m torr）掺As也得到P-ZnO ； Yoshida利用

5、激光增强金属有机物化学气相沉积，实现了在-100C的沉积温度 下生长ZnO薄膜同，透射率高达90%； E. B. Yousfi利用原子层处延技术制 得 ZnO 薄膜； A. E. JimnezGonzalez 等将（znCH3C00）2 2H20 溶解在甲醇 中，形成溶胶，在较低的温度下制得znO薄膜同。G. W. Bao等将醋酸锌和乙 二胺混合成溶液，并加入少许 NaOH， pH 在 10 11，将载玻片清洗后浸入反应 液，在50C沉积lh,取出用蒸馏水洗净干燥得到ZnO薄膜bl，呈规则排列的销 针状。 K. Borgohain 等利用低温液相生长技术生成了 ZnO ：Cu 量了点，掺杂 水

6、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 ho】；S. Cho等切利用直流磁控溅射在多孔硅衬底上沉积得到Zn膜，然后将其 置于latm氧气氛中，3001000C氧化30min，得到ZnO多晶薄膜。A. Miyake等同将ZnS薄膜在空气中800C退火515h也生长出ZnO薄膜。刘 美林回利用sol-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。北京工业大学陈健同利用自制的超声 雾化热解沉积技术生长了具有 C 轴择优取向的多晶 Z

7、nO 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；400C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600C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 600C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 J

8、u Ko等人同利用分子束外延 （MBE）方法制备了高质量的ZnO薄膜；Zhang等人同利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llmeV； Chang等人切利用分子束外延生长n-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,施朝淑同用电子束热蒸发技术制备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

9、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等人斶发现MgO做为过渡层对ZnO在(001)取向的A12O3基体 上的层状生长是有利的；Ko等人囱在研究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

10、1013 1015 cm-3，电阻率为10-1 102Qcm。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等人回利 用等离子激光分子束外延制备出了 N掺杂p型ZnO薄膜；1998年Tang等人也】 报道了 ZnO薄膜的室温紫外受激发射现象,ZnO薄膜很快成为继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，

11、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等人也】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

12、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，刘志文等人園做了生长温 度对磁控溅射 ZnO 薄膜的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:

13、在室温至500C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500C时达到最大;当沉积温 度为750C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500C时,制备的ZnO薄膜处于压应变状态, 而750C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

14、致的晶格缺陷密度。内蒙古工业大学,金永军， 杜云刚，李继军三人囲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,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(100)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 seem ,本底真空抽至1 0X10- 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 em. 薄膜沉积时间为 30 m in

15、， 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 C ,400 C, 500 C, 600 C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 ,

16、衬底温度为500 C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 C条件下制备的样品在400 C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

17、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阮-刃，因此，基底的选择和处理对薄膜的 影响更为重要。丘志仁等人窗采用准分子激光脉冲(248nm, 10Hz, 1J / cm2)在 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

18、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，袁润章等園用微波ECR 等离子体溅射法在蓝宝石( 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 C。浙江工业大学隋成华，蔡萍根等人鬧做了蓝宝石光纤端面上ZnO薄 膜的制备及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

19、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

20、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，郭航等人初研究了 ZnO压电薄膜的生长与表征，运用XRD和SEM测试了 磁控溅射生长的 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

21、 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，杨田林同研究

22、了不同有机衬底上沉积的ZnO:Al透明导电 膜，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

23、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/a -2 3(0001)薄膜生长初期的模拟研究 同。以蓝宝石(a -2 3 )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，张宁玉等人窗在 压强为0. 5Pa和0. 7Pa的情况下，采用磁控溅射法分别在si及石英玻璃衬底 上生长 ZnO 薄膜。利用原子力显微镜对 Zn

24、O 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

25、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，刘燕行等人同做了 ZnWO4单晶衬底上ZnO薄

26、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

27、质量还有待于进步提高。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lX1010cm-2降低到2X109cm-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ScAlMg04(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

28、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，张树人等人闕做了 c轴择优取向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

29、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 C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

30、大,600 C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19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

31、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等人同报道了 ZnO薄膜的光抽 运近紫外受激发射现象以后 ,ZnO 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 加-40。浙江大学吕建国，汪 雷，叶志镇，赵炳辉血做了 ZnO薄膜应用

32、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 等人初做了 ZnO薄膜的结构、性能及其应用的研究，他们指出

33、，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

34、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 園做了 ZnO薄膜的反射、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 600n

35、m 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

36、氧化，制备高质量的纳米氧化锌(ZnO )薄膜最 后指出在900C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4做了退火温度 对 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 Z

37、nO 低温缓冲层 ， 后在600 C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 710860 C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 C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

38、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)：8772 .Nunes P，et a1Thin Solid Films，2001，383：2773 .Bagnall D M ，et a1Appl

39、 Phys Lett，1 998，73(8)：10384 .Joseph M ，et a1Jpn J Appl Phys，part 1，1999，38：12055 .Ryu Y R，et a1J Cryst Growth，2000，21 6：3306 .Yoshida A，et a1J Elec Spect& Re1 Pheno，1 996，8O：977 .Yousi E B，et a1Thin Solid Film s，2001，387：298 .Jim6nezGonzalez A Eet a1J Cryst Growth，1 998，1 92：43O9 .Lindroos S，et a1I

40、nter J Inorgan M ater，2000，2：1 9710 .Li W ，et a1Nuc1 Instr& M eth in Phys Res B，2000，1 69：5911 .Cho S，et a1Appl Phys Lett，1 999，75(18)：276112 .Miyake A。et al. J Pn Appl Phys, 2000, 39： L118613 .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 III, et a1. Nu

41、clInstr and M eth B , 1 994, 91： 49316 Zhang K S, Gilinsky A M, Kobitsky A Y. Appl PhysLett, 1 998, 73： 296217 Chang S, Elliman R G, Nuc1 Instr and M eth B, 2001, 1751 77： 42218 . 张彬, 林碧霞,傅竹西,施朝淑. 电子束热蒸发技术制备 ZnO 薄膜19 Chen Y, Ko H , Hong S , Yao T 2000 Appl . Phys . Lett . 76 55920 Ko H , Yao T , Che

42、n Y, Hong S 2002 J . Appl . Phys . 92 435421 Tang Z K , Wong G KL , Yu P 1998 Appl . Phys . Lett . 72 327022 Wang J Z , Du G T , Zhang Y T et al 2004 J . Cryst . Growth. 263 26923 Kobayashi T, Nakanishi A, Fukumura F, et a1. J ApplPhys, 1 998, 83： 463124 金永军, 杜云刚, 李继军. 氧化锌薄膜的生长条件对其结晶及光学特性的 影响25 张希清，

43、梅增霞，黄世华，徐征.ZnO薄膜制备及其发光特性研究26 陈光华，邓金祥等.新型电子薄膜材料M.北京：化学工业出版社， 2002.27 陈国民.薄膜物理与技术M.东南大学出版社，1993.28 丘志仁，俞平，黄锦圣，等氧化锌薄膜的室温受激紫外激光发射。中山 大学学报(自然科学版)，1998，37(1)515429 汪建华，袁润章用微波ECR等离子体溅射法在蓝宝石(0112)晶面上生长 ZnO 薄膜的研究.1998 ，1130 隋成华蔡萍根等蓝宝石光纤端面上ZnO薄膜的制备及其温变光学特性31 孙宏明，郭航.ZnO压电薄膜的生长与应用32 陈源,张德恒.不同有机衬底上沉积的ZnO:Al透明导电膜

44、的研究33 杨春ZnO薄膜生长初期的模拟研究34 霍庆松，张宁玉等.衬底及压强对磁控溅射ZnO薄膜表面形貌的影响35 臧竞存，田战魁等.ZnWO4单晶衬底上ZnO薄膜的晶核发育与形貌分析36 陈祝，张树人.c轴择优取向ZnO薄膜RF溅射工艺研究37 Tang Z K ， Wong G KL ， Yu P 1998 Appl . Phys . Lett . 72 327038 韩鑫，于今.ZnO： Al(ZAO)透明导电薄膜国内的研究现状J.江苏冶 金，2006，34 (5)： 48.39 李海凤.ZnO的用途及其薄膜的制备方法J.天津职业大学学报， 2006， 15(3)： 3741.40 边超，姚宁，张兰，等.ZnO薄膜发光特性的研究进展J.真空与低 温， 2006， 9(2)： 113118.41 吕建国，汪雷，叶志镇，赵炳辉.ZnO薄膜应用的最新研究进展42 赵印中，李林等.ZnO薄膜的结构、性能及其应用兰州物理研究43 傅竹西，林碧霞，何一平，廖桂红做了ZnO薄膜的反射、透射光谱及 能带结构测量。44 温战华，王立退火温度对ZnO薄膜结构和发光性能的影响的研究