1课题意义

氧化锌是一种性能优异的直接带隙的氧化物半导体材料，氧化锌薄膜具有很多良好的薄膜性能比如有较高的熔点，激子束缚能高等，而且氧化锌薄膜来源广，价格低，在制备过程中易掺杂无毒无污染是一种环保的材料而且可以大规模运用。ZAO薄膜具有与ITO薄膜可比拟的光学、电学性质,而且在高温条件下,它的成分不易与氢发生互扩散,因此在活性氢和氢等离子体环境中化学稳定性高,不易使太阳能电池材料活性降低,是最有开发潜力的透明导电薄膜,可望成为ITO薄膜最佳的替代者,推动廉价透明导电薄膜的发展。

虽然氧化锌拥有很多良好的性能，但是本征缺陷还是对氧化锌薄膜的光学性质和电学性质产生巨大的影响，所以我们可以在氧化锌薄膜中掺入杂质消除氧化锌薄膜的本征缺陷，而铝是施主杂质中最成功的掺杂。掺入杂质铝可以得到具有更好光学电学性能的薄膜。

2研究目标

1氧化锌薄膜的制备方法

人们现在常使用分子束外延（MBE)，射频磁控溅射技术，脉冲激光沉积(PLD)，化学气相沉积（CVD）,溶胶凝胶和水热法制备具有良好光学性能的氧化锌基薄膜。而水热法制备薄膜技术因为其设备简单，成本低，反应温度低等优点被广泛应用所以我们本次实验主要采用水热法制备薄膜。

2氧化锌薄膜材料形貌结构

优质的氧化锌薄膜具有C轴择优取向生长的众多晶粒，每个晶粒都是生长良好的六角形纤锌矿结构。按照一般的晶体学模型，氧化锌晶体是由氧的六角密堆积和锌的六角密堆积反向嵌套而成的，晶格常数a=0.325nm，c=0.521nm，配位数为4:4，每一个锌原子都位于4个相邻的氧原子所形成的四面体间隙中，但只占其中半数的氧四面体间隙，氧原子的排列情况与锌原子相同。单位晶格中含有两个分子，体积v=0.047615nm，。因而这种结构比较开放，间隙原子的形成焙比较低，半径较小的组成原子容易变成间隙原子，如氧化锌中Zn的浓度比较高。化学计量比的氧化锌为宽带隙半导体，禁带宽度约3.3eV，本征氧化锌薄膜的电阻率高于106 Ω#183;cm改变生长、掺杂或退火条件，可形成简并半导体，导电性能大幅度提高，电阻率可降低到10-4 Ω#183;cm数量级。

3氧化锌薄膜光学性质

氧化锌薄膜是理想的透明导电材料,可见光透射率几乎可达90%,电阻率可以低至10-4Ω#183;cm。膜机械稳定性高,无毒,逐渐成为ITO薄膜的替代材料。氧化锌在紫外波段有受激发射的特点。用MBE法制得具有自形成谐振腔结构的氧化锌薄膜,并观察到室温下400nm附近的光泵浦紫外激光发射。氧化锌薄膜室温光致发光谱(PL谱),除400nm附近的本征紫外峰外,还有520nm附近的黄绿光波段的展宽峰,这主要是由薄膜中的氧缺陷引起的。随激发电流密度的增加,黄绿光相对下降,紫外光相对增强,谱峰变窄,发生红移。