氧化锌(ZnO)薄膜的结构分析

2009-05-29 赵印中兰州物理研究所表面工程技术国家级重点实验室

ZnO 不仅能制成良好的半导体和压电薄膜，亦能通过掺杂制成良好的透明导电薄膜，且原料易得、价廉、毒性小、制备方法多种多样，可以适应不同需求，已成为一种用途广泛、最有开发潜力的薄膜材料之一。目前，研究ZnO 材料的性质涉及许多领域，其中包括透明导电膜（TCO）、表面声学波（SAW）器件、光激射激光器、气敏传感器、紫外光探测器、显示以及与GaN 互作缓冲层等方面。

制备ZnO 薄膜的传统方法有磁控溅射、化学气相沉积及溶胶凝胶法等，新方法有激光脉冲沉积法（PLD）、分子束外延法（MBE）等。采用不同的制备技术、工艺参数，制备的ZnO 薄膜的结晶取向、薄膜厚度、表面平整度以及光电、压电等性质各有区别。虽然不同方法制备的ZnO 薄膜的性能各有优缺点，但从结晶情况来看，以有机金属化学气相沉积（MOCVD）、PLD、原子层外延生长（ALE）法制备的薄质量较好。

ZnO 为宽带隙半导体，禁带宽度约3.3 eV，晶体结构为六方形纤锌矿结构（图1）。优质的ZnO 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方形纤锌矿结构。

图2 是楼晓波等采用sol-gel 法制备的ZnO 薄膜的XRD 谱。可以看出，与标准的ZnO 粉末样品的衍射谱相比较，涂覆10 层与20 层的薄膜均出现了明显的与（100）、（002）和（101）晶面相对应的衍射峰，说明样品均为六方纤锌矿结构。