一、半导体材料发展历史

半导体材料的研究与发展是现代高科技发展的先导和核心，半导体材料发展至今，已经到了第三代半导体材料的时代。第一代半导体材料以硅为代表，硅材料的诞生引起了以集成电路为核心的微电子工业和整个IT行业的革命性跨越式发展，其取代了体积庞大又笨拙的电子管，被广泛应用于集成电路等自动控制领域。第二代半导体材料以砷化镓和磷化铟为代表，这些材料的发展源于无线移动通信技术的快速发展和互联网技术的蓬勃发展。但是，此类材料只能在200℃一下工作，所以，第二代半导体材料还不能满足大规模集成电路对材料具有耐高温乃高盐及高频、大功率、抗辐射的要求，且在光电子领域，前两代半导体材料的可见光发射波长范围不能满足光电子器件发出蓝光的要求，所以，第三代半导体材料应运而生。第三代半导体材料又称为宽金带半导体材料，以GaN，SiC，金刚石薄膜和氧化锌等为代表。第三类半导体材料具有高热导率、介电常数小、电子漂移饱和速度高等特点，恰好满足了大规模集成电路和微电子器件对材料的要求。本人所要研究的便是氧化锌薄膜的热分解制备及其光电性能。

氧化锌属于第三代半导体材料，室温下禁带宽度约为3.37eV，激子束能高达60meV，其发光波长短（近紫外），耐高温，抗辐射，制备方法多，毒性小。氧化锌薄膜可以在低于500℃的温度下生长，比其他第三代半导体材料生长温度低得多，其作为一种新型光电材料，在光波导、半导体紫外激光器、发光器件、雅典传感器及透明电极等方面广泛应用。氧化锌具有六方纤锌矿结构，其熔点为1975℃，比GaN的熔点低，但其热稳定性和化学稳定性优于GaN，在较高温度下也不会分解。氧化锌薄膜是一种理想的透明导电薄膜，可见光透射率高达90%，电阻可低至10^-4Ωcm。氧化锌的本征点缺陷有：锌填隙，锌空位，氧填隙，氧空位，反位锌等，其中锌填隙和氧空位的能级较浅，被认为是本征氧化锌呈n型导电的主要原因。

对氧化锌光学性质的研究已进行了很多年，光致发光的研究可归结为两类：近带边紫外发光和深能级发射，紫外发射的机制已被公认，它被归因于从近导带到价带的激子跃迁；可见发射中心仍然存在很大争议，人们认为可见发射来自不同的缺陷和杂质，其中缺陷包括点缺陷如氧空位，锌空位，氧填隙，锌填隙及氧反位等，和结构缺陷发光如：晶格失配，晶界及晶粒取向等。在杂质发光中，杂质发射元素意见不一。

对氧化锌在电子特性方面的研究，氧化锌薄膜具有优良的压电性能，且具有良好的高频特性，较强的机电耦合洗漱，低介电常数，是一种用于表面声波的理想材料。

其在超声换能器，频谱分析器，高频滤波器，告诉光开关及微机械上游相当广泛的应用，这些器件在大容量高速率光纤通信、光纤相位调制、反雷达动态测频、电子侦听等民用和军事领域的应用非常广泛。

氧化锌薄膜的制备方法有很多种，有：分子束外延法，金属有机物化学气相沉积法，激光脉冲沉积法，喷雾热分解法，磁控溅射法等，在我所研究的课题下，我所用的就是喷雾热分解法。

喷雾热分解法一般是将金属盐溶液雾化后喷入高温区，使金属盐在高温下分解形成薄膜。制备ZnO薄膜时，原料一般是溶解在有机溶剂中的醋酸锌，通过超声雾化法或载气喷射雾化法将醋酸锌溶液雾化，并把它导入反应腔，在加热过程中先后经过溶剂的挥发、醋酸锌的分解等过程，最终残余物质为ZnO。喷雾热分解法在常压在进行，可以减少在高真空环境下沉积的ZnO薄膜中的氧空位缺陷，从而弱化施主补偿作用，有利于P型掺杂的实现。喷雾热分解法所需设备和工艺简单，是一种非常经济的薄膜生长法，有望实现工业化生产。

五、研究动态

虽然氧化锌光电薄膜的研究受到空前的重视，但目前氧化锌的研究还处于初期阶段，对它的光学性质的研究主要集中在光致发光、阴极射线发光和光抽运受激发射等方面。高质量氧化锌单晶薄膜及P型掺杂仍是难点。