氧化鋅(ZnO)薄膜的性能分析
ZnO具有熔點(diǎn)高、制備簡(jiǎn)單、沉積溫度低和較低的電子誘生缺陷等優(yōu)點(diǎn)。硅基生長(zhǎng)的ZnO 薄膜有希望將光電子器件制作與傳統(tǒng)的硅平面工藝相兼容。另外，在透明導(dǎo)電膜的研究方面，摻鋁ZnO 膜(ZAO)也有同ITO 膜可比擬的光學(xué)電學(xué)性質(zhì)，可在光電顯示領(lǐng)域用來(lái)作為透明電極。
ZnO薄膜的高電阻率與單一的C 軸結(jié)晶擇優(yōu)取向決定了它具有良好的壓電常數(shù)與機(jī)電耦合系數(shù)，可用作各種壓電、壓光、電聲與聲光器件。具有中等大小電阻率的ZnO 薄膜是一種n 型半導(dǎo)體，其與一種適宜的p型半導(dǎo)體相結(jié)合可以在太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域中作為一種異質(zhì)結(jié)。
因具有電阻率隨表面吸附的氣體濃度變化的特點(diǎn)，ZnO 薄膜還可用來(lái)制作表面型氣敏元件。通過(guò)摻入不同元素，可應(yīng)用于還原性酸性氣體、可燃性氣體、CH 族氣體探測(cè)器、報(bào)警器等。此外，它還在藍(lán)光調(diào)制器、低損失率光波導(dǎo)、液晶顯示、光催化、電子攝影機(jī)、熱反射窗等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。
1、氧化鋅(ZnO)薄膜的光學(xué)性能
ZnO 薄膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)光透射率高達(dá)90%，可以用作優(yōu)質(zhì)的太陽(yáng)電池透明電極，然而它在紫外（UV）和紅外（IR）光譜范圍內(nèi)透射率都比較低，這一性質(zhì)被用作相應(yīng)光譜區(qū)的阻擋層。
圖3 是沉積ZnO 薄膜的樣品與其基材石英玻璃片透射率的比較，內(nèi)插圖為400~750 nm 的可見(jiàn)光范圍的結(jié)果比較。可以看出，在410~750 nm 的區(qū)間內(nèi)，沉積ZnO 薄膜的樣品，其透射率均大于石英的透射率，最大可提高2.3%。由此可知制備出的ZnO 薄膜已經(jīng)在一定程度上起到了增透膜的效果，這一結(jié)果有望在太陽(yáng)能電池中得到應(yīng)用。
圖4 是Al 摻雜ZnO（ZAO）薄膜作為透明導(dǎo)電膜的透射光譜和紅外反射譜。作為透明導(dǎo)電薄膜的一個(gè)顯著特性是在紅外段的高反射率，能反射大部分的熱輻射能量。將其應(yīng)用于電子器件中，可避免電子器件吸收太多能量而造成升溫過(guò)快、過(guò)高，影響使用效果。
2、氧化鋅(ZnO)薄膜的電學(xué)性能
由于ZnO 薄膜中存在本征施主缺陷，如間隙Zn 原子、O空位等，使得ZnO 薄膜天然呈弱n 型導(dǎo)電。因此ZnO 薄膜的電阻率一般較高，在10-2 Ω·cm 數(shù)量級(jí)。但通過(guò)調(diào)整生長(zhǎng)、摻雜或退火條件可形成簡(jiǎn)單半導(dǎo)體薄膜，導(dǎo)電性能大幅提高，電阻率可降低到10-4 Ω·cm 數(shù)量級(jí)。
圖5 是Al 摻雜ZnO 薄膜的電阻率、電子密度和電子遷移率與（ZnO）1-x （ Al2O3）x 陶瓷靶材（x=w(Al2O3 )= 0、0.01、0.02、0.05）中Al2O3 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線[5]。可以看出，Al 摻雜ZnO 薄膜的電阻率隨靶材中Al 摻入量的增加呈現(xiàn)先減小后增大的特征，說(shuō)明適量的Al 摻雜可以獲得導(dǎo)電性能較好的n 型Al 摻雜ZnO 薄膜。Al 摻雜ZnO 薄膜的電阻率最低為7.85×10-4 Ω·cm，這可歸因于該Al 摻雜ZnO 薄膜同時(shí)具有高電子濃度和較高電子遷移率。
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