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ZnO是具有光電、壓電特性的寬直接帶隙的半導(dǎo)體材料。它可以用于超聲換能器、偏轉(zhuǎn)器、頻譜分析器高速光開關(guān)及微機(jī)械；高頻濾波器；紫外探測器、藍(lán)光和紫光發(fā)光管或激光器等光電、壓電器件領(lǐng)域。本項(xiàng)目以Zn和O2為反應(yīng)源，采用特殊設(shè)計(jì)的、具有射頻等離子體源的新型MOCVD(金屬有機(jī)化合物汽相淀積)系統(tǒng)，在Al2O3、Si、金剛石/Si等襯底上生長ZnO薄膜。 

 

ZnO是一種具有壓電和光電特性的寬直接帶隙半導(dǎo)體材料，它可以用于超聲換能器、偏轉(zhuǎn)器、頻譜分析器、高速光開關(guān)及微機(jī)械；高頻濾波器；紫外探測器、藍(lán)光和紫光發(fā)光管或激光器等方面。這些器件在大容量、高速光纖通信的波分復(fù)用、光纖相位調(diào)制、反雷達(dá)動(dòng)態(tài)測聽、電子偵聽、衛(wèi)星移動(dòng)通信，并行光信息處理等民用及軍事領(lǐng)域有重要應(yīng)用。因此，ZnO材料及器件的開發(fā)與應(yīng)用必定會(huì)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起重要作用。 

 

簡要技術(shù) 

自1996年首次報(bào)道了ZnO薄膜的室溫光泵浦紫外激射至今，短短的幾年間ZnO的研究已取得了較大的進(jìn)展，研究的范圍已涵蓋了ZnO體單晶、薄膜、量子點(diǎn)、量子線等材料的生長和特性以及ZnO傳感器、表面聲波器件、探測器以及發(fā)光管和激光器等器件的研究和制作等方面。但是，2002年10月，在美國召開的ZnO國際學(xué)術(shù)會(huì)議上，各國學(xué)者得出一致的結(jié)論是：目前國際上還沒有一個(gè)可信的穩(wěn)定的p型ZnO薄膜材料制備成功。因此，攻克p型ZnO是目前擺在世界各國科學(xué)家的重要課題，是研制電注入p-n結(jié)型ZnO器件必須解決的難點(diǎn)。 

 

ZnO薄膜材料的生長方法有蒸發(fā)、磁控濺射、離子束濺射、脈沖激光淀積(PLD)、金屬有機(jī)化合物汽相淀積（MOCVD）、分子束外延（MBE）等。其中MBE和MOCVD法生長的ZnO薄膜質(zhì)量較高，單純從生長質(zhì)量上看，MBE方法可能還略高于MOCVD。但是，根據(jù)GaN材料及藍(lán)光發(fā)光管研制和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)看，用MBE生長的材料制作的光電器件的性能卻不如MOCVD生長的材料。 

 

目前國內(nèi)的狀況與國外相比有一定的差距，最近幾年，國內(nèi)ZnO材料與器件研究的單位開始增多。如：浙江大學(xué)和山東大學(xué)等單位用濺射法、中國科技大學(xué)和南京大學(xué)用MOCVD法、中科院長春光機(jī)物理研究所用MBE和PECVD等方法開展了對(duì)ZnO的研究。所用獨(dú)特設(shè)計(jì)的、具有等離子體源的MOCVD系統(tǒng)生長ZnO薄膜在國內(nèi)外未見報(bào)道。 

 

技術(shù)原理 

 一般情況下生長的ZnO薄膜由于存在間隙Zn，電阻率較低。通過氮摻雜的方法獲得高阻ZnO薄膜，其原理是：①在ZnO薄膜中，N可以和Zn生成Zn－N鍵，從而降低間隙Zn的濃度；②N的摻入，可以提供一個(gè)淺受主能級(jí)，從而提高空穴濃度。性能指標(biāo)：電阻率：達(dá)到8.62×106Ω·cm。 

 

技術(shù)創(chuàng)新性 

 1.設(shè)計(jì)并組裝了附加等離子體源和具有高速旋轉(zhuǎn)襯底的MOCVD系統(tǒng),該系統(tǒng)有如下四個(gè)特點(diǎn)： 

（1）        兩個(gè)特殊設(shè)計(jì)的噴槍。

（2）        特殊設(shè)計(jì)的均勻加熱片。

（3）        高速旋轉(zhuǎn)的襯底座。

（4）  添加了射頻等離子體增強(qiáng)系統(tǒng)。

2.在Al2O3.Si、金剛石/Si等襯底上，生長高質(zhì)量ZnO薄膜。 

 

應(yīng)用前景 

ZnO是具有光電、壓電特性的寬直接帶隙的新興半導(dǎo)體材料，利用ZnO薄膜可制作多種光電、壓電器件，這些器件在通訊、信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域有著廣泛的用途，如： 

 

①高頻濾波器：ZnO制作的高頻濾波器可以達(dá)到極高的工作頻率，完全可以滿足迅猛發(fā)展的通訊業(yè)務(wù)的需要。②紫外探測器：它可檢測出各種情況下的紫外光強(qiáng)度和頻譜分布，可用于信息傳輸、環(huán)境監(jiān)測、航天、生命科學(xué)和軍事領(lǐng)域。③紫外激光器：可用于光盤技術(shù)，提高存儲(chǔ)量，滿足對(duì)大量的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的需要。此外，還可用于超大規(guī)模集成電路光刻技術(shù)之中，進(jìn)一步的縮小器件尺寸，降低功耗，提高速度等。其應(yīng)用范圍十分廣泛。

近年來GaN系材料的藍(lán)綠光發(fā)光管、激光器及相關(guān)器件以其巨大的市場而成為研發(fā)的熱點(diǎn)，其藍(lán)綠光發(fā)光管已商品化，藍(lán)光激光器也即將走向市場。與GaN相比，ZnO有更高的熔點(diǎn)、激子束縛能及激子增益，且外延生長溫度低、成本低、易刻蝕而使后工藝加工方便等優(yōu)點(diǎn)，而顯示出比GaN有更大的發(fā)展?jié)摿�，因此，ZnO發(fā)光管、激光器和紫外光探測器等有可能取代或部分取代GaN光電器件。因此前景非常廣闊。