宽禁带半导体光电材料研究进展
宽禁带半导体材料新进展
谢谢大家！
宽禁带半导体材料新进展
氮化铝(AlN)材料
体单晶制备方法：物理气相传输法( PVT) 发展动态： 美国Crystal IS公司、俄罗斯N-Crystals公 司在该领域处于领先地位,可以制备出直径 为2inch(5.08cm)的体单晶
2 011年德国埃朗根一纽伦堡大学已利用AIN籽 晶生长出直径为25mm、厚度为15 m m 的AIN体 单晶 美国北卡罗莱纳州立大学于2010年获得了直径 为15 m m 高度为] 5 mm的无裂纹AIN晶圆．并于 2011年利用AIN衬底外延生长了高质量的A l N、 AlGaN薄膜 阻碍因素：籽晶的选取（AlN、SiC、AlN/SiC）
GaN–AlN–(4H)SiC新型光触发功率半导体器件
基 本 结 构 图
GaN–AlN–(4H)SiC新型光触发功率半导体器件
Band energy (eV)
GaN-AlN-SiC组态的稳定性
1Ha=27.2eV
Potential energy (Ha)
GaN–AlN–(4H)SiC新型光触发功率半导体器件
GaN–AlN–(4H)SiC新型光触发功率半导体器件
• 电学特性
未来展望
随着宽禁带半导体材料工艺技术的不断进步 、成熟，新结构的功率半导体器件的应用越来越 广泛。而GaN-AlN-4H-SiC OT PSD较好的开关 特性、增益以及阻断特性表明由于GaN较短的载 流子寿命和很好的光吸收效率（而这对高频率功 率电子器件十分关键）和光吸收能力（这对减少 激光成本非常重要）以及碳化硅很高的热导率， 以SiC作为衬底的GaN外延材料必将在未来的功 率半导体器件、高频、高压功率器件、以及光电 领域中广泛应用。
主要内容
• 几种主要半导体材料的物理属性 • 宽禁带半导体材料新进展 • GaN-AlN-(4H)SiC新型光触发功率
中国地质大学材料科学与化学工程学院
ZnO薄膜的制备及应用研究进展胡国华，陈建平（中国地质大学（武汉）材料科学与化学工程学院，武汉430074）摘要ZnO作为一种新型的宽禁带半导体材料，具有很好的化学稳定性和热稳定性,抗辐射损伤能力强，在光电器件、压电器件、表面声波器件等诸多领域有着很好的应用潜力。
本文主要介绍制备ZnO薄膜的技术和方法，并简要的介绍了ZnO薄膜的应用进展。
关键词ZnO薄膜；制备；应用０前言ZnO是一种新型的宽禁带化合物半导体材料，与GaN相比具有相近的晶格常数和禁带宽度，原料廉价易得，而且具有很高的熔点和激子束缚能，以及良好的机电耦合性和较低的电子诱生缺陷。
此外，ZnO薄膜的外延生长温度较低，有利于降低设备成本，抑制固相外扩散，提高薄膜质量，也易于实现掺杂。
ZnO薄膜所具有的这些优异特性，使其在表面声波器件、太阳能电池等诸多领域得到了广泛应用。
随着ZnO光泵浦紫外受激辐射的获得和n型掺杂的实现，ZnO薄膜作为一种新型的光电材料，在紫外探测器、发光二极管、激光二极管、紫外本发明公开了一种制备高质量氧化锌单晶薄膜的方法，其步骤为：对蓝宝石衬底表面进行预处理，修正和控制蓝宝石衬底的原子结构，以实现ZnO薄膜的单极性、单畴生长；然后采用三缓冲层法制备高质量ZnO薄膜，即首先利用蓝宝石氮化法在表面形成单极性AlN超薄层，然后依次沉积3~6nm的MgO岛状层及10~20nm左右的ZnO低温层，最后高温沉积ZnO外延层，实现失配应变的充分释放，得到原子级光滑的高质量ZnO薄膜。
我们提出的制备ZnO薄膜的三缓冲层法，是在公知的两步生长法上引入中间氮化层以及MgO三维岛状层，让由晶格大失配而引起的应变充分释放，从而克服了两步生长法制备ZnO薄膜时，薄膜应变无法完全消除的缺陷。
上述薄膜的RMS粗糙度都在1nm以下，完全满足制作高性能光电子器件的要求。
光探测器、透明电极气敏传感器以及光波导等有着广泛的应用前景[1]。
ZnO晶体为六方纤锌矿结构,六方晶系，空间群为P63m，晶格常数a=0.3246nm、c=0.5203nm[2]，图1和图2是根据文献[2]用Atoms61程序画的结构图。
宽禁带半导体材料
02
宽禁带半导体材料的种类与性质
氮化镓(GaN)的性质与制备
• 性质 • 高临界击穿电场 • 高电子迁移率 • 良好的热稳定性 • 制备 • 高温高压化学气相沉积法 • 金属有机化学气相沉积法 • 分子束外延生长法
碳化硅(SiC)的性质与制备
• 性质 • 高禁带宽度 • 高热导率 • 高电子迁移率 • 制备 • 化学气相沉积法 • 熔融法 • 机械化学法
激光器与光电子器件
总结词
高功率、低阈值、高速、小型化、集成化
详细描述
宽禁带半导体材料在激光器与光电子器件方面具有广泛的应用。由于宽禁带半导体材料具有高击穿场强、高饱 和电子速度等特性，因此非常适合制作高功率、高速、小型化和集成化的激光器与光电子器件。此外，宽禁带 半导体材料还可以显著降低激光器的阈值，提高其工作效率。
2
探索低缺陷宽禁带半导体材料生长技术，提高 材料质量，是降低成本的重要途径。
3
开发新型宽禁带半导体材料合成方法，简化生 产流程，提高产量和降低成本。
发展新型宽禁带半导体材料与器件
01
针对不同应用领域，开发具有优异性能的新型宽禁带半导体材 料，如高迁移率、高击穿场强、高热导率等。
02
探索新型宽禁带半导体器件结构，提高器件性能和稳定性，如
宽禁带半导体材料
xx年xx月xx日
目录
Байду номын сангаас
• 宽禁带半导体材料概述 • 宽禁带半导体材料的种类与性质 • 宽禁带半导体材料的应用 • 宽禁带半导体材料的研究进展与挑战 • 展望未来：宽禁带半导体材料的发展趋势与挑战
01
宽禁带半导体材料概述
定义和特性
宽禁带半导体材料定义
宽禁带半导体材料是指禁带宽度大于2.3 eV的材料，具有高 热导率、高击穿场强、高饱和电子速度等特性。
宽禁带半导体功率器件——材料、物理、设计及应用
宽禁带半导体功率器件——材料、物理、设计及应用1.引言1.1 概述宽禁带半导体功率器件作为半导体领域中的重要分支，具有广阔的应用前景。
它是基于宽禁带半导体材料的器件，具备了高功率、高电压和高温度等特点，适用于能源领域、通信领域以及其他一系列领域。
在本文中，我们将对宽禁带半导体功率器件的材料、物理性质、设计原理以及应用领域进行深入研究和探讨。
首先，我们将介绍宽禁带半导体材料的定义和分类，以及其在器件制备中的重要性。
接着，我们将详细探讨宽禁带半导体材料的物理性质，包括载流子浓度、迁移率和反向饱和电流等关键参数的影响因素和变化规律。
其次，我们将深入研究宽禁带半导体功率器件的设计原理，包括器件结构、电场分布以及载流子输运等方面的理论基础。
这部分内容将着重介绍宽禁带半导体功率器件的设计要点，包括提高器件电流密度、减小漏电流和改善器件热特性等方面的关键技术和方法。
最后，我们将重点关注宽禁带半导体功率器件在能源领域和通信领域的应用。
特别是在能源领域，宽禁带半导体功率器件可以广泛应用于太阳能电池、风力发电和电动车等领域，为可再生能源的开发和利用提供支持。
在通信领域，宽禁带半导体功率器件的高频特性和高功率特性，使其成为无线通信系统中的重要组成部分。
总之，本文将全面介绍宽禁带半导体功率器件的材料、物理性质、设计原理以及应用领域，并对其现状进行总结和展望。
通过深入研究和探讨，我们希望能够进一步提高宽禁带半导体功率器件的性能和应用水平，为相关领域的发展做出贡献。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将分为引言、正文和结论三部分来展开对宽禁带半导体功率器件的讨论。
引言部分将首先对宽禁带半导体功率器件进行概述，介绍其基本概念和特点。
接着将介绍文章的结构和内容安排，以便读者能够清晰地理解全文的逻辑发展。
正文部分将分为三个主要章节：材料、设计和应用。
在材料章节中，我们将详细介绍宽禁带半导体材料的特点和性质，包括它们的禁带宽度、载流子浓度和迁移率等重要参数。
超宽禁带半导体氧化镓材料的产业进展及未来展望
超宽禁带半导体氧化镓材料的产业进展及未来展望1 前言从2020年开始，日本经济产业省（METI）大力支持“氧化镓（Ga2O3）”半导体材料发展，计划2025年前为私营企业和大学提供共约1亿美元财政资金，意图占领下一代功率半导体产业发展的制高点。
以Novel Crystal Technology和Flosfia为代表的初创企业，正在联合田村制作所、三菱电机、日本电装和富士电机等科技巨头，以及东京农工大学、京都大学和日本国家信息与通信研究院等科研机构，推动Ga2O3单晶及衬底材料以及下游功率器件的产业化，日本政产学研投各界已开始全面布局超宽禁带半导体——氧化镓材料。
与此同时，全球半导体产业中具有全面领先优势的美国，正在从前沿军事技术布局的角度大力发展Ga2O3材料及功率器件。
美国空军研究实验室、美国海军实验室和美国宇航局，积极寻求与美国高校和全球企业合作，开发耐更高电压、尺寸更小、更耐辐照的Ga2O3功率器件。
不仅日、美正在布局，德国莱布尼茨晶体生長研究所、法国圣戈班以及中国电子科技集团等全球企业/科研机构也加入了Ga2O3材料及器件研发的浪潮中，这种半导体材料可谓是吸引了世界的广泛关注。
为何氧化镓半导体能够吸引全球各界的目光？其在未来半导体产业中将会有什么样的前景？本文简述了半导体材料的发展历程、氧化镓半导体的特点及优势，以及氧化镓的制备技术、研发与产业化进展，最后对氧化镓半导体产业发展的未来进行了展望。
2 半导体材料发展历程自20世纪50年代开始，半导体行业得到了高速的发展，半导体材料也发展到了第3代。
第1代半导体材料是以硅（Si）和锗（Ge）为代表，其中Si具有很好的机械加工性能和热性能，在自然界中储量丰富、价格低廉，目前可以制备高纯度大尺寸的单晶，因此极大推动了微电子行业的发展，其在半导体产业中具有不可替代的地位。
随着半导体科技的发展，对器件性能、尺寸和能耗的要求越来越高，硅材料也渐渐暴露了其缺点，尤其是在高频、高功率器件和光电子方面的应用局限性。
宽禁带半导体ZnO材料的调研
详细描述
脉冲激光沉积法利用高能脉冲激光照射在锌 靶上，产生高温高压等离子体，其中包含锌 原子和氧原子。这些原子在飞向衬底的过程 中发生化学反应，生成ZnO沉积在衬底上。 通过控制激光能量、脉冲频率、衬底温度等 参数，可以调节ZnO薄膜的生长速度和晶体 质量。
脉冲激光沉积法
总结词
脉冲激光沉积法是一种利用激光诱导化学反 应制备ZnO材料的方法，通过将高能脉冲激 光照射在锌靶上，产生高温高压等离子体， 再与氧气反应生成ZnO沉积在衬底上。
ZnO材料的应用领域
03
ZnO材料的应用领域
电子器件
发光二极管
ZnO具有高导电性和宽禁带特性， 可用作蓝光LED的基底材料，广 泛应用于显示、照明等领域。
太阳能电池
ZnO作为宽禁带半导体材料，具有 较高的光吸收系数和良好的光学稳 定性，在太阳能电池领域具有潜在 的应用价值。
场效应晶体管
ZnO基场效应晶体管因其高迁移率 和良好的稳定性，在集成电路、微 电子器件等领域具有广阔的应用前 景。
宽禁带半导体的定义
宽禁带半导体
指禁带宽度较大的半导体材料，通常禁带宽度大于2.3eV。这类半导体材料具有高热导率、高击穿场 强、高饱和电子速度等优点，在高温、高频率、高功率器件以及光电器件等领域具有广泛的应用前景 。
ZnO材料
是一种宽禁带半导体材料，禁带宽度为3.37eV，在室温下表现出高激子束缚能（60meV）和高热导率等 特点。ZnO材料还具有优异的光学性能和电学性能，使其在紫外光电器件、短波长激光器、气体传感器和 太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。
详细描述
化学气相沉积法利用气态的锌源和氧气发生化学反应，在衬底上生成ZnO晶体。常用的锌源包括锌粉、锌盐等， 衬底材料则根据需要选择，如蓝宝石、硅等。通过控制温度、压力、气体流量等参数，可以调节ZnO薄膜的生长 速度和晶体结构。
第三代宽禁半导体材料GaN(氮化镓)研究分析
广州创亚企业管理顾问有限公司第三代宽禁半导体材料GaN （氮化镓）研究分析目录contents一、5G应用的关键材料（一）认识第三代半导体材料1、半导体材料的由来2、第一代半导体材料3、第二代半导体材料4、第三代半导体材料（二）第三代半导体材料的特点1、碳化硅（SiC）2、氮化镓（GaN）二、氮化镓（GaN）（一）GaN技术的发展历史（二）GaN的优点1、GaN 在电力电子领域：高效率、低损耗与高频率2、GaN 在微波射频领域：高效率、大带宽与高功率3、与第二代半导体材料GaAs更具优势三、GaN市场（一）市场空间1、0~900V的低压市场空间宏大2、GaN RF 市场即将大放异彩（二）射频是主战场1、GaN 是射频器件的合适材料2、5G应用的关键技术3、GaN 电力电子器件典型应用：快充电源四、GaN产业链（一）GaN工艺与流程（二）芯片制造过程1、流程2、GaN衬底3、GaN外延片4、GaN外延使用不同衬底的区别5、GaN器件设计与制造由于地球的矿藏多半是化合物，所以最早得到利用的半导体材料都是化合物,例如方铅矿(PbS)很早就用于无线电检波，氧化亚铜(Cu2O)用作固体整流器，闪锌矿(ZnS)是熟知的固体发光材料，碳化硅(SiC)的整流检波作用也较早被利用。
硒(Se)是最早发现并被利用的元素半导体，曾是固体整流器和光电池的重要材料。
元素半导体锗（Ge）放大作用的发现开辟了半导体历史新的一页，从此电子设备开始实现晶体管化。
中国的半导体研究和生产是从1957年首次制备出高纯度(99.999999%～99.9999999%)的锗开始的。
采用元素半导体硅（Si）以后，不仅使晶体管的类型和品种增加、性能提高，而且迎来了大规模和超大规模集成电路的时代。
以砷化镓(GaAs)为代表的Ⅲ－Ⅴ族化合物的发现促进了微波器件和光电器件的迅速发展。
2、第一代半导体材料第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗（Ge）元素半导体。
宽禁带半导体材料在新型显示技术中的应用
宽禁带半导体材料在新型显示技术中的应用随着科技的进步和人们对高质量显示的需求不断增加，新型显示技术逐渐崭露头角。
其中，宽禁带半导体材料在新型显示技术中的应用引起了广泛关注。
本文将探讨宽禁带半导体材料在新型显示技术中的应用前景，并对其潜在的影响进行分析。
一、宽禁带半导体材料的概念和特点宽禁带半导体材料是指能带宽度较大的半导体材料，其能带宽度大于2电子伏特。
相比于传统的窄禁带半导体材料，宽禁带半导体材料具有以下几个显著特点：1. 高温工作能力：宽禁带半导体材料具有较高的热稳定性和高温工作能力，能够在高温环境下保持较好的电子迁移率和导电性能。
2. 高亮度和高对比度：由于宽禁带半导体材料的能带结构特殊，其能够实现更高的亮度和对比度，使显示效果更加清晰和鲜艳。
3. 快速响应速度：宽禁带半导体材料的载流子迁移速度较快，能够实现更快的像素切换速度，提高显示屏的响应速度。
二、宽禁带半导体材料在OLED显示技术中的应用OLED（Organic Light Emitting Diode）是一种新型的显示技术，利用有机发光材料和电致发光原理实现显示效果。
宽禁带半导体材料在OLED显示技术中的应用具有重要意义。
1. 提高发光效率：宽禁带半导体材料能够提高OLED的发光效率，使其能够实现更高的亮度和更低的功耗。
这将有助于延长设备的续航时间，并提升用户体验。
2. 实现真正的柔性显示：宽禁带半导体材料具有良好的柔性和可弯曲性，能够适应各种复杂的曲面显示需求。
这将为柔性显示技术的发展提供了新的可能性。
3. 打破尺寸限制：宽禁带半导体材料的高亮度和高对比度特性，使得OLED显示屏可以实现更大尺寸的制造。
这将推动大尺寸OLED显示屏的发展，满足用户对大屏幕显示的需求。
三、宽禁带半导体材料在量子点显示技术中的应用量子点显示技术是一种基于半导体纳米晶体的新型显示技术，具有色彩饱和度高、能耗低等优点。
宽禁带半导体材料在量子点显示技术中的应用有以下几个方面：1. 实现更宽广的色域：宽禁带半导体材料能够提供更宽广的色域，使得量子点显示屏能够呈现更丰富和真实的色彩。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
宽禁带半导体光电材料的研究及其应用宽禁带半导体材料(Eg大于或等于3.2ev)被称为第三代半导体材料。
主要包括金刚石、SiC、GaN等。
和第一代、第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有禁带宽度大,电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好,具有更高的击穿电场、更高的抗辐射能力的特点,其本身具有的优越性质及其在微波功率器件领域应用中潜在的巨大前景,非常适用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。
以氮化镓(GaN)为代表的Ⅲ族氮化物作为第三代半导体材料,是一种良好的直接宽隙半导体光电材料,其室温禁带宽度为3.4eV,它可以实现从红外到紫外全可见光范围的光辐射。
近年来已相继制造出了蓝、绿色发光二极管和蓝色激光器等光电子器,这为实现红、黄、蓝三原色全光固体显示,制备大功率、耐高温、抗腐蚀器件,外空间紫外探测,雷达,光盘存储精细化、高密度,微波器件高速化等奠定了基础。
氮化镓和砷化镓同属III-V族半导体化合物,但氮化镓是III-V族半导体化合物中少有的宽禁带材料。
利用宽禁带这一特点制备的氮化镓激光器可以发出蓝色激光,其波长比砷化镓激光器发出的近红外波长的一半还要短,这样就可以大大降低激光束聚焦斑点的面积,从而提高光纪录的密度。
与目前常用的砷化镓激光器相比,它不仅可以将光盘纪录的信息量提高四倍以上,而且可以大大提高光信息的存取速度。
这一优点不仅在光纪录方面具有明显的实用价值,同时在光电子领域的其他方面也可以得到广泛应用。
虽然人们早就认识到氮化镓的这一优点,但由于氮化镓单晶材料制备上的困难以及难于生长出氮化镓PN结,氮化镓发光器件的研究很长时间一直没有获得突破。
经过近20年的努力,1985年通过先进的分子束外延方法大大改善了氮化镓材料的性能;1989年,Akasaki等人利用电子辐照方法实现了氮化镓P型材料的生长并制备出PN结;1995年Nakamura等人制备出发蓝紫光的氮化镓发光二极管,效率达到5%,赶上了传统的磷砷化镓发光二极管的效率,寿命超过一万小时。
1997年,用氮化镓基材料制备的半导体激光器也开始面世。
这一飞速发展的势头反映了氮化镓材料受重视的程度。
有人估计,氮化镓器件在化合物半导体市场的份额将由1997年的2%很快上升到2006年的20%,成为光电子产业中非常重要的产品。
半导体InN、GaN 和A lN 的能带都是直接跃迁的, 在性质上相互接近, 它们的三元合金的带隙从119 eV 到612 eV 很宽的范围内变化,具有优异的特性, 如高热导、优良的光学、电学性质和良好的材料机械性质和高电子饱和速度等。
因为直接带隙材料的光跃迁几率比间接带隙的高约一个数量级, 又上宽带隙, 因此GaN 基半导体在短波长发光二极管、激光器和紫外探测器以及高温微电子器件方面显示出广阔的应用前景。
目前, 正在研制由GaN 材料制成的高性能器件主要分为两类:光电器件和电子器件。
光电器件已经占领了GaN 产品的主要市场。
宽禁带GaN 基半导体材料研究的几个重大突破,为实现GaN 基半导体器件, 最基本的是生长高质量的材料和结构以及控制其电导率。
由于缺乏品格常数匹配、热胀系数接近的热稳定的衬底材料, 要生长平坦而没有裂纹的高质量GaN 外延层是非常困难的, 而且非故意掺杂的GaN 外延层一般呈电子浓度很高的n 型, 而p型GaN 外延层又难以获得。
因此1985 年以前的20多年间, GaN 的研究进展十分缓慢。
近10 多年来, GaN 材料研究接连取得的重大突破, 大大推动了GaN 基器件的发展。
GaN基发光L ED 的应用及市场前景。
高亮度蓝光L ED 的商品化使动态信息显示平板实现全色显示全色动态信息显示平板可以广泛的应用于体育场馆、车站、机场、工商业等行业的大型和超大型全色显示屏, 而蓝光L ED 是实现全色平板显示的关键器件, 是全色显示器件中价格昂贵的器件。
目前仅国内广告业、机场、车站需要的大型显示屏的年成交额达数亿元人民币, 而且该市场仍在以每年约4 倍的增长速度迅速发展。
照明光源实现固体器件化全色超高亮度L ED 的商品化带来了照明技术的一场革命。
利用组成变化可以发出波长连续可调的各种色光, 构成全色光源。
目前利用超高亮度L ED 已可以制成最大亮度达到500 cd? m2的白色平板光源, 成为新一代的照明光源, 其耗电量仅相当于相同亮度白炽灯(寿命约为6~12 月) 的l0%~20% , 而其寿命为5~10 年。
这种体积小、重量轻方向性好、节能、长寿命、耐各种恶劣条件的新型固体光源对传统的光源市场造成冲击。
目前普遍采用LU COL ED 技术制造白光L ED , 即在封装材料中添加某种荧光物质(如磷光物质或某种荧光染色体物质) , 该荧光物质可以在蓝光L ED 的激励下发射橙黄光, 利用蓝光和橙黄光的混合得到白光。
以高亮度L ED 取代信统的信号指示灯。
传统的公路、铁路的交通信号灯、警示灯、标志灯和各类汽车的指示灯, 采用白炽灯加油光片的方法实现各色指示或显示, 对光能的利用率很低(最高为50% ) , 而采用高亮度L ED 不仅响应速度快、寿命长、抗震、耐冲击, 而且高效节能。
目前日本已用高亮度红黄蓝L ED 像素灯作为交通信号灯, 其耗电量仅为原来的12%。
以高亮度的L ED 作为汽车的外部指示灯, 不仅可以降低汽车用于发电的油耗, 使每加仑油耗的里程数增加一公里;而且以L ED 作为汽车尾部的高位刹车灯, 由于其内应速度极快, 可以使行驶速度为60 KM /H 的汽车的刹车距离增加4 码, 从而大大降低了交通事故的发生概率。
随着LED 照明技术的不断进步, 汽车用照明和指示设备有可能在未来几年以内全部被L ED 器件取代。
与氮化镓材料相比,氧化锌薄膜的紫外发光是刚刚开始的新兴课题。
氧化锌是一种具有六方结构的自激活宽禁带半导体材料,室温下的禁带宽度为3.36eV,特别是它的激子结合能高达60毫电子伏,在目前常用的半导体材料中首屈一指,这一特性使它具备了室温下短波长发光的有利条件;此外,氧化锌具有很高的导电性,它还和其他氧化物一样具有很高的化学稳定性和耐高温性质,而且它的来源丰富,价格低廉。
这些优点使它成为制备光电子器件的优良材料,极具开发和应用的价值。
1997年日本和香港科学家合作研究得到了氧化锌薄膜的近紫外受激发光,开拓了氧化锌薄膜在发光领域的应用。
由于它产生的受激发射的波长比氮化镓的发射波长更短,对提高光信息的纪录密度和存取速度更加有利,而且价格便宜。
目前,除了氧化锌薄膜的发光特性外,也有人发现了氧化锌薄膜的光生伏特效应,显示出用它制备太阳能电池和紫外探测器的应用潜力;此外还有人研究了氧化锌薄膜的光记录特性。
虽然氧化锌的研究工作刚刚兴起,但它已成为非常活跃的热门课题。
目前在我国,中国科学技术大学、复旦大学、中科院长春物理所和等离子体物理所等一些单位都相继开展了这方面的工作,正在形成氧化锌研究热潮。
氧化锌是一种新型直接带隙宽禁带化合物半导体材料,具有优异的光学和电学特性,具备了发射蓝光或近紫外光的优越条件。
氧化锌薄膜的高电阻率与单一的C 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袁可用作各种压电,电声与声光器件。
因具有电阻率随表面吸附的气体浓度变化的特点,氧化锌薄膜还可以用作制备表面型气敏元件。
41 短波长发光材料由于以往的制备工艺很难制出高质量的氧化锌薄膜,限制了氧化锌作为发光材料的应用。
近年来,随着材料生长工艺的改进。
制备高质量,低缺陷的氧化锌薄膜成为可能。
香港科技大学汤子康等成功实现了纳米结构氧化锌半导体氧化锌薄膜的室温紫外激光发射遥该研究巧妙地利用激子在纳米结构中的量子尺寸效应以及自然生长的微结构谐振腔, 首次在纳米结构的氧化锌半导体薄膜中观测到了室温紫外激光发射。
氧化锌半导体薄膜是用激光分子束外延技术生长在蓝宝石衬底上的。
薄膜由密集而规则排列的纳米尺度的六角柱组成。
这些纳米六角柱起着限制激子运动的作用,从而使激子的跃迁振子强度大幅增强。
同时六角柱之间的晶面组成了一个天然的激光谐振腔。
室温下用三倍频的YAG 脉冲激光抽运,观测到很强的紫外激光发射。
研究发现,在中等抽动功率密度下,紫外受激发射是由于激子与激子间碰撞而引起的辐射复合。
在高密度激发条件下,由于激子趋于离化,紫外受激发射主要由电子窑空穴等离子体的辐射复合引起。
由于纳米结构中激子的跃迁振子增强效应,在室温下测量到的光学增益高达320cm-1。
比在同样条件下测量到的块状氧化锌晶体的光学增益要高一个数量级以上。
氮化镓薄膜的缓冲层氮化镓薄膜是目前最热门的短波长发光材料之一。
氧化锌具有和氮化镓一样的纤锌矿结构,与氮化镓的晶格失配度仅为2.2%。
在结构上是与氮化镓最接近的材料。
1992 年Detchprohm 等以在蓝宝石上溅射生长的氧化锌薄膜作为缓冲层,很好地改进了氮化镓的结构,电学与光学性质袁特别是得到了高的Hall 迁移率。
要获得氮化镓薄膜良好的发光特性。
要求氧化锌薄膜缓冲层具有高度的c 轴择优取向。
最近,研究人员通过以氧化锌作为模板成功制备了氮化镓纳米单晶。
透明导电材料氧化锌由于具有价格低廉,化学性质稳定以及在可见及近红外区透过率高的特点,许多研究工作者在考虑用氧化锌作为主体材料的透明导电薄膜取代ITO薄膜。
研究表明,当氩氧比大于 5 时,就能得到电阻率相对较低的氧化锌溅射薄膜。
Igasaki Y 等。
1991 年研究了在蓝宝石上生长ZnO:Al 薄的结构与电学性质,他们获得了高度择优取向的氧化锌薄膜,电阻率范围在(1.4~3.0)*10-4Ω*cm之间,可以与用作透明电极的ITO薄膜相比。
但是在通常情况下,氧化锌薄膜的电学性质很容易受表面吸附氧而发生变化。
集成光学早在1976 年,Paradis E L 就曾报道,由于压电材料为光信号处理提供了一个主动媒介,氧化锌压电薄膜在集成光学领域便很有用武之地。
由于氧化锌薄膜能够在低温下沉积于熔石英基底上,所以在集成光路中主动元件的制备方面有着巨大的应用潜力。
由于光波导中要求光的散射损耗必须很小,而c 轴择优取向性强的氧化锌薄膜能使元件的电光(electro-optic) 和声光(a-cousto-optic)效应达到最大限度,所以制备这些主动元件需要有接近单晶结构性能的氧化锌薄膜。
电声(Acousto-Electric)器件与声光器件。
由于氧化锌属于六角纤锌矿型结构,具有高的机电耦合常数,所以氧化锌薄膜成为表面声波(surface acoustic wave,SAW) 器件技术的一种有用材料。
除了电声器件中压电效应的直接应用外,在声光器件(声光偏转器,调制器,滤波器等)往往采用压电换能器产生声波,所以氧化锌压电晶体也是其应用领域之一。