ZnO薄膜的光电性能及应用.pptx

姜鹏峰 2017.2.24 ZnO薄膜的光电性质及应用 目录 ZnO薄膜简介 ZnO薄膜的光电性质 光电性质的影响因素 ZnO薄膜的应用 ZnO晶体结构 其晶体的空间结构中，每个Zn原子和四个O原子按四面体排布。 ZnO薄膜的截面FE—SEM图， 氧化锌是宽禁带半导体材料，室温下的禁带宽度约3.3eV ，大于可见光的光子能3.10eV ，因此在可见光波段( 400nm－800nm) ZnO的透射率很高。 此外， ZnO的一个突出特点是具有高60meV的激子束缚能，使激子在室温稳定存在，能够实现高效的室温激子复合发光。 ZnO的可见紫外吸收光谱 ZnO在我们可能涉及领域的应用 发光材料 宽禁带 量子效应 透明导电膜 电极 电极修饰 增透膜 保护膜 蓝绿、蓝紫、紫外LED 白光LED、OLED 柔性OLED等发光器件 OPB，复合OPB TFT LED、OLED等 薄膜太阳能电池 电致发光 光致发光 阳极 阴极 增加光吸收 增加光出射 ZnO的光学特性 ZnO的光致发光谱通常有紫外发射带和可见光发射带。紫外发射带是来自于近带边的发射，是由于激子的复合。可见光发射带通常与缺陷或杂质有关的深能级有关。 极性较强的半导体材料，由于导带自由电子和价带自由空穴之间的库仑作用，使它们束缚在一起构成激子，在半导体材料可以自由移动的叫做自由激子。由于电子的有效质量小于空穴的有效质量，自由激子的结构中，电子围绕空穴旋转，与氢原子类似。 ZnO薄膜主要用于太阳能电池，它与之前所用的氧化铟锡( ITO) 和二氧化锡透明导电薄膜相比，具有生产成本低，无毒，稳定性高( 特别是在氢等离子体中) ， 对促进廉价太阳电池的发展具有重要意义 。 真空蒸发镀膜法 磁控溅射镀膜法 射频反应电子镀法 脉冲激光沉积( PLD) 分子束外延 金属有机物化学气相沉积( MOCVD) 化学气相沉积法 喷射热解法 溶胶－凝胶法 制备方法 化学法 物理法 sol-gel method sol-gel method 优点：设备简单，操作简单，容易掺杂，可以制备大面积的薄膜，成本低。 缺点：燃烧不完全会残留炭，以及化学原料中引入的。 在制备ZnO薄膜过程主要采用如下化学原料： 硝酸锌、乙酸锌等为锌源，异丙醇、甲醇、乙二醇等作为溶剂，单乙醇胺等作为稳定剂。 Examples of zinc oxide structure 宽带隙使ZnO在可见光波段(400~800nm)有高达80%的光学透过率，ZnO材料高激子结合能使其在室温下的受激辐射能在较低阈值出现，是一种理想的紫外光发射材料。 光 电 性 质 ？ ZnO的电学特性 纯净的理想化学配比的ZnO由于带隙较宽，是绝缘体，而不是半导体，但是由于本身的缺陷，如氧空位、锌填隙等施主缺陷，使其常常表现出N型导电。 在ZnO晶体的空位形成过程中，由于形成氧空位所需的能量比形成锌空位所需的能量小，因此，在室温下ZnO材料通常是氧空位，而不是锌空位。而氧空位产生了2价施主，使其表现出N型导电。同时根据自补偿原理，氧空位的浓度和氧填隙的浓度之积是常数，当氧空位的浓度很大时，氧填隙的浓度很小。锌空位的浓度较小，而锌填隙的浓度则较大，因此，当在ZnO的晶体中氧空位占主导时，表现出N型导电。 光 电 性 质 ？ ZnO高熔点的物理特性，具有很好的热化学稳定（1975℃）。ZnO薄膜可在低于600℃下获得，有利于降低设备成本，可大大减少高温制备条件下产生的缺陷，提高薄膜质量。 ZnO是至今为止Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中最硬的一种，机械性能优良。 ZnO的光学特性 ZnO的光致发光谱通常有紫外发射带和可见光发射带。紫外发射带是来自于近带边的发射，是由于激子的复合。可见光发射带通常与缺陷或杂质有关的深能级有关。 极性较强的半导体材料，由于导带自由电子和价带自由空穴之间的库仑作用，使它们束缚在一起构成激子，在半导体材料可以自由移动的叫做自由激子。由于电子的有效质量小于空穴的有效质量，自由激子的结构中，电子围绕空穴旋转，与氢原子类似。 为分析ZnO薄膜的综合光电特性，引入品质因子作为量化ZnO薄膜综合光电特性的指标： 　 式中FTC ,RS,T 分别为样品的品质因子，方块电阻,透光率。其中Ｔ的取值为样品在360 ~ 960 nm波长范围内的平均透光率。FTC的值越大,样品的综合性能越好 . 蒸发铝膜、导电漆膜、印制电路板铜箔膜等薄膜状导电材料，衡量它们厚度的最好方法就是测试它们的方阻。什么是方阻呢？方阻就是方块电阻，指一个正方形的薄膜导电材料边到边之间的电阻，如图所示，即B边到C边的电阻值。方