氧化锌(ZnO)-薄膜衬底

氧化锌（ZnO）薄膜衬底以其优异的光学、电学和压电性能在多个领域具有广泛应用。它具有良好的可见光透过率、宽带隙和高的化学稳定性，适用于制作高性能的光电器件、传感器和表面声波器件等。

基本性质：氧化锌（ZnO）是一种宽禁带半导体材料，室温下具有60meV的激子结合能和73eV的带宽，这使得它成为紫外光和可见光的发光材料。氧化锌（ZnO）在可见光区域透明，具有大的机电耦合系数，并且气体分子在其表面具有吸附和解吸特性。

晶体结构： 氧化锌（ZnO）的晶体结构为六方纤锌矿结构，晶格常数a=3.252Å，

制备方法：氧化锌（ZnO）薄膜的制备方法多样，包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）、磁控溅射法、分子束外延（MBE）和原子层沉积（ALD）等。这些方法各有特点，可以根据具体需求选择合适的制备方法。

主要优点：

氧化锌（ZnO）作为薄膜衬底的主要优点可以归纳如下：

光学性能优异：

ZnO在可见光范围内光透射率高达90%，可以用作优质的太阳电池透明电极。

室温下具有73 eV的带宽，使其成为紫外光和可见光的发光材料。

电学性能可调：

ZnO薄膜中存在本征施主缺陷，如间隙Zn原子、O空位等，使得ZnO薄膜天然呈弱n型导电。

通过调整生长、掺杂或退火条件，ZnO薄膜的电阻率可从10-2 Ω·cm数量级降低到10-4 Ω·cm数量级，导电性能大幅提高。

压电和机电性能良好：

ZnO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。

这使得ZnO薄膜可用作各种压电、压光、电声与声光器件。

化学稳定性高：

ZnO薄膜具有可见区透明和气体分子在其表面的吸附-解析等性质，使其对气体浓度变化敏感。

ZnO薄膜可用于制作表面型气敏元件，对还原性酸性气体、可燃性气体、CH族气体等具有探测能力。

制备简单且兼容性好：

ZnO薄膜的制备技术多样，如物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等，制备简单。

硅基生长的ZnO薄膜有希望将光电子器件制作与传统的硅平面工艺相兼容。

应用前景广阔：

ZnO薄膜衬底在高峰值能量的能量限制器、大尺寸和高质量的GaN衬底、未来超过5GHz的无线通信、高电场设备、高温高能电子设备等领域具有潜在应用。

ZnO薄膜还在蓝光调制器、低损失率光波导、液晶显示、光催化、电子摄影机、热反射窗等领域具有潜在应用。

以下是氧化锌（ZnO）薄膜衬底的主要应用领域：

紫外及可见光发光材料：

由于ZnO具有60meV的激子束缚能和室温下73eV的带宽，它成为紫外以及可见光发光材料的理想选择。

高电场设备和高温高能电子器件：

ZnO薄膜衬底的高温稳定性和优异的电学性能，使其适用于高电场设备和高温高能电子器件的制造。

无线通信领域：

ZnO薄膜衬底有望在未来超过5GHz的无线通信领域发挥重要作用，为高频通信提供高质量的衬底材料。

GaN薄膜衬底：

ZnO是GaN薄膜的良好衬底，有助于制备高质量的GaN基半导体器件，进一步推动半导体技术的发展。

压电器件：

ZnO薄膜具有优良的压电性能，如高机电耦合系数和低介电常数，使其成为表面声波（SAW）等压电器件的理想材料。

太阳能电池：

ZnO薄膜的透明性和良好的导电性，使其在太阳能电池领域具有潜在应用，可用于制作透明电极等关键部件。

气敏元件：

ZnO薄膜对气体浓度变化敏感，可用于制作表面型气敏元件，对还原性酸性气体、可燃性气体、CH族气体等具有探测能力。

其他领域：

ZnO薄膜还在蓝光调制器、低损失率光波导、液晶显示、光催化、电子摄影机、热反射窗等领域具有潜在应用。

氧化锌(ZnO)基本参数表格：

参数	数值或描述
分子式	OZn
分子量	81.408
密度	5.6-5.7 g/cm³
沸点	2360°C
熔点	1975°C
折射率	2.008~2.029
摩尔折射率	无可用的数据
摩尔体积	无可用的数据
外观	白色粉末
溶解性	难溶于水，可溶于酸和强碱
应用领域	塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等
激子束缚能	60mev
能带隙	3.73ev（室温下）