《ZnO光电子学应用》PPT课件.ppt
ZnO薄膜在光电子学中的研究与应用薄膜在光电子学中的研究与应用平板显示中心吴晓亮目录：目录：lZnO的基本性质及能带结构lZnO的缺陷、掺杂、合金及能带工程lZnO薄膜的制备技术lZnO在显示领域的应用lZnO半导体器件lZnO的纳米结构lZnO的纳米结构应用ZnO的基本性质的基本性质lZnO热力学稳定相为钎锌矿结构，宽带隙（常温），缺乏中心对称性，对可见光透明。纤锌矿常温具有较大激子束缚能60meV，本证载流子浓度106cm-3,电子迁移率200cm2/(V.s),空穴迁移率550cm2/(V.s)Wurtzite ZnO:spontaneous polarizationZnO的能带结构的能带结构lZnO 直接带隙 宽禁带l由于六方纤锌矿结构对称性较低，ZnO能带较复杂。其价带导带的能隙有O-2p,Zn-4s态决定l对ZnO能带的深入研究最早是Thomas，后来Shindo和Lambrecht等人作了进一步研究之后，人们对ZnO的能带结构做了更深入的探索，为ZnO能带工程打下良好基础。Zn-4sO-2pZnO的缺陷的缺陷l错位与晶界ZnO薄膜中存在原生层错和扩展位错、ZnO薄膜中退火诱生的层错及晶界l本征点缺陷氧空位、锌空位（绿光）、氧间隙、锌间隙、反位缺陷其中.氧空位和锌间隙之类的“缺氧”环境对ZnO的P型掺杂是非常不利的。lZnO中的氢杂质氢在ZnO中作为施主，对P性掺杂不利ZnO的掺杂的掺杂lAZO、GZO、IZO最常见，为N型掺杂l另外，掺B，掺N、P、As、Sb等V族元素，掺Mo等VI族元素，掺F等VII族元素以及La系元素的N型掺杂均有研究，我们可以从这里得到一些启发，掺杂一种或多种元素来提高薄膜性能。l对于P型掺杂：掺IA族（Li、Na、K），IB族（Au、Ag、Cu），N、P、As、Sb等V族元素对ZnO中O的替换（掺杂），H辅助掺杂，施主受主共掺杂（Al-N,Ga-N,In-N）,以及双受主共掺杂。ZnO的合金及能带工程的合金及能带工程l能带工程主要通过合金化来实现，对于ZnO有两种途径：ZnO与等价态的MO(M=Mg,Be,Cd)混溶实现ZnMO。ZnO与锌硫族化合物ZnX(X=S,Se)混溶实现ZnOX。l三元合金一般有两种晶体结构相同或相似化合物混溶得到，若两种晶体化合物禁带类型一致，则可实现禁带近似线性调制，若不一致则分段近似。化合物化合物晶体结构晶体结构晶格常数晶格常数A禁带宽度禁带宽度eVZnO纤锌矿a=3.249,c=5.2063.2MgO岩盐4.227.9CdO岩盐4.692.7BeO纤锌矿a=2.698,c=3.3810.6ZnS纤锌矿a=3.814,c=6.2573.8闪锌矿4.0463.6ZnSe纤锌矿a=0.4,c=6.542.67闪锌矿5.6672.58ZnO薄膜的制备技术薄膜的制备技术ZnO-TCO薄膜的制备技术薄膜的制备技术磁控溅射法磁控溅射法脉冲激光沉积法（脉冲激光沉积法（PLD）电子束蒸发法电子束蒸发法MOCVD喷雾热分解喷雾热分解溶胶溶胶-凝胶法（凝胶法（Sol-gel）电化学沉积电化学沉积水热法水热法化学浴沉积化学浴沉积分子束外延（分子束外延（MBE）关于成膜技术，PLD法与磁控溅射法是制得高质量的ZnO的较好方法但是设备复杂效率低，成本高，MOCVD成膜质量较好但成本也较高，喷雾热分解法、Sol-gel和电化学沉积法都可以实现低成本大面积成膜但是成膜质量一般工艺有待改进。ZnO在我们可能涉及领域（如显示领域）在我们可能涉及领域（如显示领域）的应用的应用l发光材料宽禁带量子效应l透明导电膜电极电极修饰l增透膜 l保护膜蓝绿、蓝紫、紫外蓝绿、蓝紫、紫外LED白光白光LED、OLED柔性柔性OLED等发光器件等发光器件OPB，复合，复合OPBTFTLED、OLED等等薄膜太阳能电池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透明导电膜的应用透明导电膜的应用电电学学方面方面的的应应用用透明透明电电极极LCD，ELD，ECD，PHDOPB摄摄像元件像元件图图像像传传感器感器遮光玻璃遮光玻璃输输入画面用开关，接触式面板，触摸屏入画面用开关，接触式面板，触摸屏防静防静电电膜膜仪仪表窗口表窗口电电磁波屏蔽磁波屏蔽面面发热发热膜膜防防雾雾防霜玻璃：汽防霜玻璃：汽车车，飞飞机机挡风挡风玻璃，相机，滑雪眼玻璃，相机，滑雪眼镜镜取暖用嵌板散取暖用嵌板散热热器器烹烹调调用加用加热热器器光学光学方面方面的的应应用用红红外反射膜外反射膜选择选择投射莫投射莫节节能能红红外反射器外反射器建筑物装建筑物装饰饰玻璃玻璃电电炉、干燥箱炉、干燥箱观观察窗察窗气敏元件气敏元件太阳光聚太阳光聚热热器器ZnO半导体半导体器件器件lZnO-LEDMIS结构、异质结结构、同质结结构、PIN结构、多量子阱结构l紫外光电探测器多为PV型，常规MSM结构l紫外激光器lZnO基TFT（IGZO TFT）lZnO压电、气敏、压敏器件等Polar surface dominated nanostructures of ZnOZnO的纳米结构的纳米结构Non-polar surface dominated nanostructures of ZnOZnO纳米结构的实际应用纳米结构的实际应用l染料敏化ZnO纳米线阵列太阳能电池l纳米尺寸效应发光之LED、OLEDl纳米表面性质应用之OLED等器件 电极、空穴注入层、传输层、缓冲层等ZnO在显示领域的应用举例在显示领域的应用举例lThx
