低温沉积ZnO薄膜的压敏特性及其热处理影响

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小研透明导电氧化物薄膜的分析

小研透明导电氧化物薄膜的分析

小研透明导电氧化物薄膜的分析1 引言透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide,TCO)薄膜既是金属氧化物又是半导体薄膜材料,也属于光学材料,具有禁带宽、可见光谱区学透射率高和电阻率低等共同光电特性。

透明导电氧化物薄膜最早出现在20 世纪初,1907 年Badeker[1]首次制备出CdO 透明导电薄膜,1950 年前后出现了SnO2 基和In2O3 基透明导电薄膜,ZnO 基透明导电薄膜兴起于20世纪80 年代。

目前透明导电氧化物薄膜主要包括In、Sb、Zn 和Cd 的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。

即In2O3、SnO2、ZnO、CdO 及其掺杂体系In2O3:Sn(ITO)、In2O3:Mo(IMO)、SnO2:Sb(ATO)、SnO2:F(FTO)、ZnO:Al(AZO)、CdO:In 等。

这类透明导电薄膜都是通过半导体掺杂贡献载流子来降低其电阻率。

它们的基本特点包括:宽禁带值,一般超过3.0eV,因此也具有紫外截止特性;高的可见光透过率,不小于80%;较低的电阻率,低于10-3Ω·cm。

透明导电氧化物薄膜因其既透明又导电的优异性能而得到广泛的应用。

利用TCO 薄膜可见光透过率高的特性可用于平面液晶显示(LCD)、电致发光显示(ELD)、电致彩色显示(ECD)、太阳能电池透明电极等领域[2,3];利用TCO 薄膜对光波的选择性(对可见光的透射和对红外光的反射)可用作热反射镜,对寒冷地区的建筑玻璃窗起热屏蔽作用,节省能源消耗;利用TCO 薄膜透明表面发热器的功能可用于汽车、飞机等交通工具的玻璃窗上、防雾摄影机镜头、特殊用途眼镜和仪器视窗上形成防雾除霜玻璃[4]。

列出的是透明导电氧化物薄膜的基本特性。

这些材料属于n 型简并半导体,由施主如氧空位和掺杂金属离子等提供约1020cm-3 浓度的自由电子。

2 透明导电氧化物薄膜的制备方法透明导电氧化物薄膜的制备工艺种类繁多。

掺杂ZnO气敏特性的研究进展

掺杂ZnO气敏特性的研究进展
和C —H 族 气体 时气 敏性 能 明显 提高 了很 多 。如掺 S 、 形成 的 Z O:n n Al 膜 可 检测 乙醇 蒸 汽[ n Al n S ,Z O: 薄 。 而掺 B。 、 rO2Y。 等的 Z O 薄膜 对 Hz有敏感 性 。掺 L z 、 b或 V。 的 Z O对 酒 精 、 酮 等气 体 i C 。 、 O。 O。 n aOsP O。 n 丙
v R hn e 1用喷雾热分解法将 硝酸锌的水溶液喷雾沉积于玻璃基片上, . S id 等[] I 高温分解制得了 Z O薄 n 膜 。并测试了以该 Z O薄膜制作的传感器对液化石油气( P ) n L G 的敏感性 , 实验结果表 明对 液化石油气( P ) L G 的敏感 性 随着 工作 温度 的不 同而 不 同 。 3 元素 掺 杂对气 敏性 能 的影 响及 其 气敏 机理 虽然单一组分 z O气敏材料的制备方法多种多样 , n 但往往纯 z O气敏材料 的电阻较高, n 使制作的器件存 在灵敏度较低 、 稳定性差、 响应速度慢等问题 , 通常要进行适 当的掺杂和热处理来改善其性能。下面总结了各 种不同的掺杂元素及其对气敏性能的影响。 3 1 贵金 属 、 土元素 的掺 杂 . 稀 贵金 属 的掺杂及 气敏 机理 研究 主要 集 中在 P 、 u P 上 , 了这 些 贵金属 之后 , b R 、t 掺 通过 在表 面引 人具 有 催化 活性 中心的元素, 提高气体吸附作用及相应的反应速度 , 有利于载流子的释放、 传输及注人输运过程 , 从而改进 元件盼陛能。N B is 1用脉冲激光沉积法在 S O 衬底上通过控制改变参数 , . ri等[] l 2 nz 制备出了对 Hz 有很好气敏 性能的 Z O薄膜 , n 工作温度在 10 8 ℃时对 H: 表现出最佳气敏性 。在相同条件下掺人贵金属 A u的 Z O薄膜, n 在工作温度为 1 0 时对 H 就表现 出最佳气敏性, 5口 C 。 可见贵金属 A u的掺杂使得工作温度降低了。这主要是 由 于有催化剂时气体在 z O表面发生不均匀反应 , n 所需能量较低 , 而无催化剂时发生均匀反应 , 所需能量较高 , 若保持反应速率不变 , 则催化反应可在 比均匀反应更低的温度下实现 。如果 温度不变 , 从均匀反应 到催化反 应 , 活能的减少导致反应速率明显增大 。即掺杂后传感器对气体 的响应速度加快 , 激 灵敏度增大 。而掺人 P t 可提高对 乙烷 , 丙烷, 异丁烷等含碳氢化合物的灵敏度 , 而且灵敏度随气体分子 中含碳量增加而增加 , 对于 H z 及 C 灵敏 度却 不 大 , 测 C 非常 困难 。而 掺 人 P O 检 H b时 , C 和 Hz 比较 敏 感 。 对 O 就 掺稀土元素主要有 E 、 aN 、 b等。这类元素 由于外 电子壳层未填满 , rL 、 d Y 能加速电子转移反应的发生 , 它 不仅可以提高元件的灵敏度 、 选择性 , 而且可 以大大降低元件 的工作 温度 。如李健等[] 1研究 了用真空相沉积 。 法在玻璃沉底上制备掺土 N d的 Z O薄膜的气敏性 , n 实验给出, 经温度为 50 , 0 。 时间为 4 mi C 5 n的氧化 、 热处理 的掺 N d的 Z O薄膜的晶粒尺寸 、 n 结构特性均发生变化。随掺 N 质量分数的增大 , d 薄膜的晶粒尺寸从 5n 3m 减小至 2n 0 m。经掺 N 质量分数为 4 9 ) , d( . 6 后 纳米 z O薄膜对乙醇的选择性和灵敏性均得到明显的改善 。 n 在 15 0 . ×1q体积分数的乙醇气体 中最高灵敏度为 3 , 4相应 的薄膜工作温度为 2 0 。 0。 C 3 2 AlS 、 i . 、b B 的掺 杂 掺 Al Z O薄膜可用于检测 H 、 O、 的 n :C 乙醇。A 掺杂的 Z O薄膜气体传感器能在 40 l n 0 ̄ C的温度下工作 , 对C O的灵敏度可达 6. 。J F C ag 】用磁控溅射法在玻璃和单晶硅上制备了掺铝 Z O薄膜。并研 16 . . h n 等[ 4 n 究 了薄膜 厚度 对 C O气 敏性 的影 响 , 实验 发现 当薄 膜 厚度增 加 的同时 纳米 晶粒也 增 大 , 而导致 薄 膜 比表 面 积 从 减小 , 气敏性能下降。当薄膜的厚度减小时气敏性增强 , 而且随着 C O浓度的增加而增加 。但还与工作温度有 关 , 验发 现 工作温 度 为 4 0 实 0 ℃时 , 薄�

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜
最近30多年来围绕着氧化锌薄膜的晶体结构、物化性能、成膜技术以及相 关的器件开发等展开了广泛且深入的研究,使得它的各项性能和应用都获得了显 著的进展。许多应用氧化锌薄膜制作的电子器件已经得到了广泛的应用,比如在 SAW(Surface Acoustic Wace,声表面波)器件上ZnO薄膜的应用,以及在透明 电极、光电器件、蓝光器件等方面也有很大的应用潜力圆。在室温下高质量ZnO 薄膜紫外激射的实现,使其成为一种理想的短波长发光器件材料,使这一领域倍 受科研人员的重视。
(AZO)thin films are emerging as an altemative potential candidate for ITO (Sn.doped In203)flims recently not only because of their comparable optical and electrical properties to ITO films,but also because of their higher thermal and chemical stability under the exposure to hydrogen plasma than ITO.
电子科技大学硕士学位论文
Abstract
Zinc oxide(ZnO)as a wide band-gap(3.3eV)compound semiconductor with
wurtzite crystal structure.is gaining importance for the possible application aS a semiconductor laser,due to its high exciton binding energy of 60 meV.A1·doped ZnO

射频磁控溅射法制备ZnO薄膜

射频磁控溅射法制备ZnO薄膜

ZnO薄膜的XRD图 薄膜的XRD 图2 ZnO薄膜的XRD图
XRD图显示: 图显示: 图显示
(1)样品均出现了2θ≈34.75°的较强的(002)衍射峰,说明薄 膜具有垂直于基片平面较好的c轴择优取向 (2)2、3、 4号样品中出现了2θ≈72.5°的微弱的(004)衍射 峰,在4号样品中出现了2θ≈32.2°的微弱的(100)衍射峰,其 中(004)峰为(002)晶面的次级衍射峰。 (3)在衬底温度从RT升至250℃的过程中,(002)衍射峰相对 强度随衬底温度升高而增加,薄膜c轴择优取向变好,而当温 度超过250℃以后,(002)峰相对强度变小。
所谓磁控溅射就是在二极溅射的基础上附加一个磁场利用电子在正交电磁场中作螺旋线轨迹运动进一步提高真空溅射镀膜的效率和质量以金属靶材为阴极阳极接地也可以是正电位两极间通入工作气体在此以氩气ar为工作气体当两极间施加高压时电极间的ar发生电离电离产生的电子向阳极作加速运动而ar向阴极作加速运动撞击阴极靶材
二、ZnO薄膜的应用 ZnO薄膜的应用
光电显示领域中的透明电极 太阳能光电转换领域中的异质结 各种压电、压光、 各种压电、压光、电声与声光器件
气敏元件
三、ZnO薄膜的研究进展 薄膜的研究进展
Hang Ju Ko等人利用分子束外延(MBE)方法制备了高 质量的ZnO薄膜;Zhang等人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11meV;Chang等人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;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1013 ~ 1015 cm-3,电阻率为10-1 ~

[7]ZnO宽带隙半导体及其基本特性

[7]ZnO宽带隙半导体及其基本特性

第14卷第3期功能材料与器件学报Vol114,No13 2008年6月JOURNAL OF F UNCTI O NAL MATER I A LS AND DE V I CES Jun.,2008文章编号:1007-4252(2008)03-0566-09Zn O宽带隙半导体及其基本特性贺永宁,朱长纯,侯洵(西安交通大学电子与信息工程学院电子科学与技术系,西安710049)摘要:Zn O半导体是宽带隙半导体领域中继Ga N和Si C之后的研究热点。

同时,作为一种氧化物半导体,Zn O半导体在能带结构、晶格缺陷、抗辐照特性以及电学性质等方面具有特殊性,已有的研究中还存在一些不同的认识。

本工作在阐述Zn O的晶体结构和基本性质基础之上,对其能带结构和缺陷特征、电子输运以及p型掺杂等主要的半导体特性研究现状进行了较为全面综述和分析。

由于Zn O、优良的电子输运性质、强抗辐照特性以及低成本和环境友好等显著特征,它是未来半导体光电子领域极具应用潜力的新一代宽带隙半导体材料,但是到目前为止,p型掺杂技术仍然是Zn O半导体器件面临的最大挑战。

关键词:Zn O;宽带隙半导体;晶体缺陷;电子输运;p型掺杂中图分类号: 文献标识码:ARecen t advances i n character isti cs of ZnO sem i conductorHE Yong2ning,Z HU Chang2chun,HOU Xun(Depart m ent of electr onic science and technol ogy,the school of electr onic&inf or mati on,Xi’an J iaot ong University,Xi’an710049,China)Abstract:W urtzite Zn O,a wide-bandgap(3.437e V at2K)se m iconduct or,has recently become a ne w research focus in the field of the wide-band gap se m iconduct ors.It should be noted that Zn O als o bel ongs t o the oxide se m iconduct or which intr oduces s ome different characteristics f or ZnO se m iconduct or fr om others such as Ga N and Si C.The energy band structure,crystal defects,electr onic trans port p r oper2 ty,p-type dop ing,etc.were studied as well as the fabricati on and app licati on of ZnO se m iconduct or.Some p r ogress has been made and s ome issues still exist.Recent successes in the research of the charac2 teristics of Zn O se m iconduct or was overvie wed and discussed.The main advantages of ZnO are its large excit on binding energy(60me V),its high field trans m issi on p r operties and the envir onment-friendly gr owth p r ocesses f or bulk and ep itaxial Zn O crystal,which p r om ises it′s potential app licati oins in the fu2 ture electr onic and op t o-electr onic fields.Up t o now,its still an issue how t o obtain rep r oducible high-quality p-type ZnO se m iconduct or.收稿日期:2006-07-31; 修订日期:2007-06-15基金项目:“十五”211工程项目:Zn O基纳米光电功能材料及其光电器件;西安交通大学自然科学基金:MgZn O/Zn O/M gZn O 双势垒共振隧穿特性研究;西安交通大学985平台建设培植项目:固态源陶瓷靶材实现Zn O半导体p型掺杂的研究。

原子层沉积法制备氧化锌薄膜进展

原子层沉积法制备氧化锌薄膜进展

原子层沉积法制备氧化锌薄膜研究进展摘要:ZnO 做为第三代半导体材料,其禁带宽度大,达到3.4eV,可以广泛的应用于制造蓝绿光和紫外光的光电器件。

原子层沉积技术(ALD )是近些年发展起来的薄膜制备技术,由于该技术制备的薄膜性能优异、厚度可控且保型性好,也越来越受到人们的关注。

本文主要概述原子层沉积法制备氧化锌薄膜的研究进展。

关键词:氧化锌,原子层沉积,薄膜,进展 1.引言ZnO 做为第三代半导体材料,由于其禁带宽度大,可以广泛的应用于制造蓝绿光和紫外光的光电器件,同时还具有电子漂移饱和速度高、介电常数小等特点,因此,成为当下半导体材料的研究热点[1]。

外延生长氧化锌的方法有很多,例如金属化学气相沉积(MOCVD ),分子束外延(MBE ),脉冲激光沉积(PLD )以及磁控溅射等[2]。

但是,用原子层沉积(ALD ),其厚度控制,层均匀性和扩展性相对其他方法都是更优越的。

而且,外延的生长温度较大多数方法来说也是比较低的,这使得可以应用许多低温生长环境中[3]。

2.氧化锌的基本性质 ZnO 是一种宽禁带半导体材料,在近紫外波段内的直接带隙约为,并且它是一种廉价、透明、无毒、可导电的氧化物,有着非常广泛的应用前景,在蓝紫外光电子学中,它可以替代氮化镓[4]。

此外,ZnO 还具有较大的激子结合能,因此能够有效的应用基于受激发射的激光器件中。

ZnO 属于六方晶系,主要存在形式为纤锌矿结构[5]。

在压强达到9GPa 时,ZnO 会从稳定的纤锌矿相变为立方岩盐矿相。

当压力消失时,ZnO 则会维持在亚稳态状态,立方闪锌矿结构也存在于亚稳态的结构中。

氧化锌的不同晶体结构如图1所示。

ZnO 是II-IV 族直接带隙半导体材料,与GaN 同属于第三代宽禁带半导体材料,因此与GaN 在晶体结构和物理性质方面相近,但ZnO 又具有其独有的:溶点高;良好的热稳定性和化学稳定性;高热导率和迀移率,适用于高频器件;激子束缚能高;无毒无害[6, 7]。

基于两步法的钙钛矿薄膜制备以及其在低温钙钛矿电池的应用

摘要基于两步法的钙钛矿薄膜制备以及其在低温钙钛矿电池的应用近年来,受能源危机及环境问题的影响,人们一直在寻找一种能够替代传统化石能源方法。

其中太阳能电池以低成本及可再生的优势吸引了越来越多人的注意。

在过去的五年当中,钙钛矿太阳能电池(PSC)效率飙升,成为太阳能电池领域里冉冉升起的一颗新星。

虽然钙钛矿电池器件效率一直在上升,但是依然存在一些问题制约着钙钛矿太阳能电池的发展, 例如:1.在平面结构钙钛矿太阳能电池中,理想的钙钛矿层成为获得高能量转换效率的必要条件之一。

人们发现在CH3NH3PbI3中存在适量的碘化铅晶体能够钝化钙钛矿薄膜晶界,抑制电子空穴的复合,提升短路电流。

两步顺序沉积法已经广泛用于在钙钛矿太阳能电池中。

这种方法将PbI2前驱体薄膜浸渍到碘化甲胺(CH3NH3I,MAI)中制备CH3NH3PbI3活性层。

通过该方法制备的PSC的光伏性能的差异总是被归因于不同浸渍时间将会引起PbI2完全/不完全转化为CH3NH3PbI3。

2.无机金属氧化物电子传输层被广泛地用于钙钛矿太阳能电池中。

大多数无机电子传输层需要高温以形成导电性良好和无缺陷的薄膜。

而这些方法将会限制其在柔性器件中的使用以及将来商业化的应用。

因此,如何得到一种可低温柔性制备的电子传输层成为钙钛矿太阳能电池领域里一项重要的问题之一。

针对以上两个问题我们提出两种解决方案:1.为了解决第一个问题,我们采用溶剂蒸汽退火(SVA)方法制备大晶粒尺寸的PbI2晶体,以制备得到高质量的钙钛矿薄膜。

使用该方法,发现在CH3NH3I溶液中增加的PbI2浸渍时间会降低得到的PSC的能量转换效率,而钙钛矿膜中PbI2 / CH3NH3PbI3的含量并没有明显的变化。

我们通过紫外-可见光吸收,X射线衍射,傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜的测试探究了这种变化的来源。

我们将这种光伏性能的异常减少是因为CH3NH3PbI3壳层对PbI2核的插层/脱嵌。

氧化锌的特性性能

氧化锌的特性性能基本性质ZnO可以有三种可能的晶体结构。

如下图所示:分别为闪锌矿型结构,纤锌矿型结构(六方结构,氧原子层和锌原子层呈六方紧密排列)和立方岩盐结构(即NaCL型结构).(a) (b) (c)1。

2。

2 物理化学性质材料ZnO GaN Si 能隙性质直接带隙直接带隙间接带隙禁带宽度(eV)3。

2 3.39 1.12晶格常数(nm)a=0.325 a=0.319a=0.543 c=0。

521 c=0。

519熔点(K)〉1800 2220 1690静态介电常数a:7。

8 a:10.411。

9 c:8.75 c:9.5热导率(Wcm-6K—1 )0。

6 1.3~2。

1 1.5宽禁带半导体参数比较由上图所示,由于GaN和ZnO的禁带宽度、晶格常数和GaN非常相近,所以ZnO和GaN可以互为缓冲层来生长出高质量的GaN或ZnO薄膜。

同时ZnO的激子束缚能远大于GaN(25Mev)等材料,因此在蓝紫光器件方面的应用比其它半导体更有潜力。

ZnO的性质1 .紫外受激发射特性ZnO具有较高的化学稳定性和热稳定性,当他在室温禁带宽度约为3。

37eV时,对紫外光响应,为直接带隙。

能以带间直接跃迁的方式获得高效率的辐射复合,是一种理想的短波长发光器件材料。

而且他可预期一个低的阈值来产生受激发射,单色性很好.2.透明导体特性ZnO的光学透明性是由宽禁带引起的.ZnO的透光率与膜厚、衬底温度等因素有关。

一般地,膜厚增加,吸收增加,透光减少.ZnO的导电性主要不是依赖本征激发,而是靠附加能级的电子或空穴激发。

3 。

气敏性ZnO薄膜光电导随表面吸附的气体种类和浓度不同会发生很大变化.利用这个性质可以制作表面型气敏器件,通过掺杂不同的元素来检测不同的气体。

ZnO是研究最早、且应用最广的半导体气敏材料之一,在适宜的温度下对多种气体具有很好的灵敏性与金属氧化物气敏材料的另外两个系列SnO和FeO相比,ZnO 的稳定性较好,但灵敏度偏低,工作温度较高,一般为400~500℃。

低温固相反应法合成ZnO纳米晶体


低温固相反应机理 固相反应经历四个阶段
扩散
反应
成核
生长
低温固相反应机理
在低热条件下,上述四个步骤都有可能是反应速率的决 定步骤。
高温固相反应中反应速率较快,但低热固相反应中“反 应”阶段也可以成为控制步骤。
固相反应控速步骤的特征:反应体系的XRD衍射图与反 应时间的关系
低热固相化学反应的特有规律
图1,1~5号样品的XRD 分析图
另外,随着水浴温度从40 ℃增加到 50 ℃,其样品的XRD衍射峰的强度明 显增强,但在超过50 ℃后样品的结晶 性随温度的增大不是很明显。
1-5号样品的SEM分析图
由图,样品均呈类球型,1号样品平均直径 为30 nm,存在一定的团聚。相对1 号样 品,2号样品的直径变化不大,分散性变得相对好。 相对2 号样品,3、4号样品的颗粒尺寸相对较为 均匀,直径减小,平均直径在15nm 左右。5 号 样品的平均直径增大,在30 nm 左右。
d、嵌入反应: 具有层状或夹层状结构的固体,层与层之间具有足以让其它原子或分子嵌 入的距离,如石墨、MoS2、TiS2等都可以发生嵌入反应,生成嵌入化合 物。溶液化学中不存在嵌入反应:固体的层状结构只有在固体存在时才拥 有,一旦固体溶解在溶剂中,层状结构不复存在。
合成方法具体介绍
材料: 乙酸锌Zn(CH3COO)2·2H2O与草酸H2C2O4·2H2O 为分析纯,实验 用水 为去离子水。
样品的PL 光谱分析
4号样品的PL 光谱分析
4 号样品的PL 光谱图如图。激发 波长为340 nm,发射光谱为宽 带谱,可认为是峰值分别处于 390,462 和519 nm 谱带的高 斯叠加。处于紫外波段的390 nm 发射是由于自由激子的复合 发光,462 nm 蓝光发射是由于 其固有缺陷( 如O和Zn 间隙) 引 起的发光, 519nm 的发光是由 于单电离氧空位引起。

ZnO压敏陶瓷的研究进展

ZnO压敏陶瓷的研究进展摘要:ZnO压敏陶瓷是众多压敏陶瓷中性能最优异的一种,它是以ZnO为主原料,通过掺杂Bi2O3、TiO2、Co2O3、MnO2、Cr2O3和Nb2O5等氧化物改性烧结而成。

本文通过介绍ZnO粉体的合成方法、掺杂改性等方面入手,对ZnO压敏陶瓷的发展趋势进行探讨,并针对某些共性问题提出自己的一些看法。

关键词:ZnO压敏陶瓷;掺杂;制备;发展趋势The development trends of ZnO varistor ceramic Abstract: The ZnO varistor ceramic is one of the varistor ceramics which with best properties. The main raw material is ZnO, then mixed with some oxides ,such as Bi2O3、TiO2、Co2O3、MnO2、Cr2O3、Nb2O5 and so on ,to change it’s properties and sinter it .This text briefly described the methods of producing ZnO powder and mixing something to change the properties of it .Present situation in development of varistor ceramic as well as its developing tendency was also analyzed .Some suggestions and opinions were proposed for problems on common characteristics. Key words: ZnO varistor ceramic; mixed; produce; developing tendency1.前言ZnO压敏陶瓷是一种多功能新型陶瓷材料,它是以ZnO主为体,添加若干其他改性金属氧化物的烧结体材料。

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