1.引言

ZnO是II- VI 族寬禁帶直接帶隙化合物半導(dǎo)體, 室溫下禁帶寬度約為3.3 eV, 激子束縛能為60 meV，可以實現(xiàn)室溫下的激子發(fā)射。自1997年報道了ZnO薄膜紫外受激發(fā)射現(xiàn)象以后，成為半導(dǎo)體材料研究熱點，與GaN、SiC 一起被稱為第三代半導(dǎo)體材料。但目前ZnO薄膜之所以并沒有達(dá)到廣泛應(yīng)用的地步，有兩個重大難題：一是如何實現(xiàn)ZnO 的高濃度P型摻雜從而制作出p-n結(jié)；二是如何制備高質(zhì)量ZnO薄膜。[1]本文對ZnO薄膜結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備等做了部分總結(jié)，為制備一些高質(zhì)量ZnO薄膜及應(yīng)用提供一些參考。

2.ZnO及ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)

ZnO晶體一般情況下為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，具有六方對稱性，6mm點群，P63mc空間群，晶格常數(shù)a=0.325nm，c=0.521nm。值得注意的是ZnO的纖鋅礦結(jié)構(gòu)相當(dāng)于O原子構(gòu)成簡單六方密堆積，Zn原子則填塞于半數(shù)的四面體隙中，而半數(shù)四面體隙是空的。因此，ZnO具有相對開放的晶體結(jié)構(gòu)，外來摻雜物容易進(jìn)入其晶格中而不改變晶體結(jié)構(gòu)，這就為外來摻雜創(chuàng)造了條件。[2]優(yōu)質(zhì)的ZnO薄膜具有C軸擇優(yōu)取向生長的眾多晶粒，每個晶粒也都是生長良好的六角形纖鋅礦結(jié)構(gòu)[3]，根據(jù)其外來摻雜的特殊性可具備多種應(yīng)用特性。

3.ZnO薄膜的性能應(yīng)用 

3.1.光電特性及應(yīng)用

ZnO薄膜是直接帶隙半導(dǎo)體，具有很好的光電性質(zhì)，是理想的透明導(dǎo)電材料, 可見光透射率可達(dá)90%,電阻率可低至10- 4 Ω•cm。AZO(ZnO:Al)。此外，對紫外光有較為強烈的吸收。

ZnO薄膜的光電特性與其化學(xué)組成、能帶結(jié)構(gòu)、氧空位數(shù)量及結(jié)晶密度相關(guān)。

ZnO在紫外波段有受激發(fā)射的特點。ZnO薄膜室溫光致發(fā)光譜(PL 譜), 本征紫外峰外, 還有黃綠光波段的展寬峰, 這主要是由薄膜中的氧缺陷引起的。隨激發(fā)電流密度的增加, 黃綠光相對下降, 紫外光相對增強, 譜峰變窄, 發(fā)生紅移。隨著退火溫度升高, 黃綠光輻射強度降低, 紫外輻射強度增強。它的發(fā)光性質(zhì)及電子輻射穩(wěn)定性則使其成為一種很好的單色場發(fā)射低壓平面顯示器材料，并在紫外光二極管激光器等發(fā)光器件領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用前景。尤其是ZnO光泵浦紫外激光的獲得和自形成諧振腔的發(fā)現(xiàn)更加激起了人們對其研究的熱情。

在適當(dāng)?shù)闹苽錀l件及摻雜條件下，ZnO薄膜表現(xiàn)出很好的低阻特征，使其成為一種重要的電極材料，如太陽能電池的電極、液晶元件電極等。用氫等離子處理的ZnO:Ga薄膜也可用于太陽能電池，η=13%。

3.2.壓電特性及應(yīng)用

ZnO薄膜具有優(yōu)良的壓電性能，因具有c軸擇優(yōu)取向，電阻率高，從而有高的聲電轉(zhuǎn)換效率；且要求晶粒細(xì)小，表面平整，晶體缺陷少，以減少對表面聲波的散射，降低損耗，是一種用于體聲波尤其是表面聲波的理想材料。ZnO壓電薄膜在高頻濾波器、諧振器、光波導(dǎo)等領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。這些器件在大存量、高速率光纖通信的波分復(fù)用、光纖相位調(diào)制、衛(wèi)星移動通信領(lǐng)域的應(yīng)用也非常廣泛。