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1、ZnO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：,ZnO的基本性质及能带结构 ZnO的缺陷、掺杂、合金及能带工程 ZnO薄膜的制备技术 ZnO在显示领域的应用 ZnO半导体器件 ZnO的纳米结构 ZnO的纳米结构应用,ZnO的基本性质,ZnO热力学稳定相为钎锌矿结构，宽带隙3.37eV（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 polarization,ZnO的能带结构,ZnO 直接带隙 宽
2、禁带3.37eV 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 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-4s,O-2p,ZnO的缺陷,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 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。 ZnO中的氢杂质 氢在ZnO中作为施主，对P性掺杂不利,ZnO
3、的掺杂,AZO、GZO、IZO最常见，为N型掺杂 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。 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,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Z
4、nX(X=S,Se)混溶实现ZnOX。 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。,ZnO薄膜的制备技术,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）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
5、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透明导电膜的应用,ZnO半导体器件,ZnO-LED MIS结构、异质结结构、同质结结构、PIN结构、多量子阱结构 紫外光电探测器 多为PV型，常规MSM结构 紫外激光器 ZnO基TFT（IGZO TFT） ZnO压电、气敏、压敏器件等,Polar surface dominated nanostructures of ZnO,ZnO的纳米结构,Non-polar surface dominated nanostructures of ZnO,ZnO纳米结构的实际应用,染料敏化ZnO纳米线阵列太阳能电池 纳米尺寸效应发光之LED、OLED 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,Thx,
