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1、氧化锌与氧化锡氧化锌 (ZnO) 薄膜的性能分析(1) 来源 : 兰州物理研究所表面工程技术国家级重点实验室编辑 : 赵印中ZnO具有熔点高、制备简单、沉积温度低和较低的电子诱生缺陷等优点。硅基生长的 ZnO 薄膜有希望将光电子器件制作与传统的硅平面工艺相兼容。另外，在透明导电膜的研究方面， 掺铝 ZnO 膜(ZAO)也有同 ITO 膜可比拟的光学电学性质，可在光电显示领域用来作为透明电极。ZnO薄膜的高电阻率与单一的C 轴结晶择优取向决定了它具有良好的压电常数与机电耦合系数，可用作各种压电、压光、电声与声光器件。具有中等大小电阻率的ZnO 薄膜是一种n 型半导体，其与一种适宜的p 型半导体相
2、结合可以在太阳能光电转换领域中作为一种异质结。因具有电阻率随表面吸附的气体浓度变化的特点，ZnO 薄膜还可用来制作表面型气敏元件。通过掺入不同元素，可应用于还原性酸性气体、可燃性气体、CH 族气体探测器、报警器等。此外，它还在蓝光调制器、低损失率光波导、液晶显示、光催化、电子摄影机、热反射窗等领域具有潜在应用。1、氧化锌 (ZnO)薄膜的光学性能ZnO 薄膜在可见光范围内光透射率高达90% ，可以用作优质的太阳电池透明电极，然而它在紫外（ UV ）和红外（ IR）光谱范围内透射率都比较低，这一性质被用作相应光谱区的阻挡层。图 3 是沉积 ZnO 薄膜的样品与其基材石英玻璃片透射率的比较，内插图
3、为 400-750 nm 的可见光范围的结果比较。可以看出，在410750 nm 的区间内，沉积ZnO 薄膜的样品，其透射率均大于石英的透射率，最大可提高2.3%。由此可知制备出的ZnO 薄膜已经在一定程度上起到了增透膜的效果，这一结果有望在太阳能电池中得到应用。图 4 是 Al 掺杂 ZnO （ ZAO ）薄膜作为透明导电膜的透射光谱和红外反射谱。作为透明导电薄膜的一个显著特性是在红外段的高反射率，能反射大部分的热辐射能量。将其应用于电子器件中，可避免电子器件吸收太多能量而造成升温过快、过高，影响使用效果。2、氧化锌 (ZnO)薄膜的电学性能由于 ZnO 薄膜中存在本征施主缺陷，如间隙 Zn
4、 原子、 O空位等， 使得 ZnO 薄膜天然呈弱 n 型导电。因此ZnO 薄膜的电阻率一般较高，在10-2 cm 数量级。但通过调整生长、掺杂或退火条件可形成简单半导体薄膜，导电性能大幅提高，电阻率可降低到10-4 cm 数量级。图 5 是 Al 掺杂 ZnO 薄膜的电阻率、 电子密度和电子迁移率与（ZnO ） 1-x （ Al2O3 ）x 陶瓷靶材（ x=w(Al2O3 )= 0 、0.01 、0.02 、0.05 ）中 Al2O3 质量分数的关系曲线5 。可以看出， Al 掺杂 ZnO 薄膜的电阻率随靶材中Al 掺入量的增加呈现先减小后增大的特征，说明适量的Al 掺杂可以获得导电性能较好的
5、n 型 Al 掺杂 ZnO 薄膜。Al 掺杂 ZnO 薄膜的电阻率最低为7.8510 -4 cm ，这可归因于该Al 掺杂 ZnO薄膜同时具有高电子浓度和较高电子迁移率。氧化锡Stannic oxide 分子式 (Formula)： SnO ?分子量 (Molecular Weight)： 150.69 CAS No. ： 18282-10-5 质量指标(Specification) 外观（ Appearance ） ：白色、淡黄色或淡灰色四方、六方或斜方晶系粉末含量（ Purity） ：99.60%-99.99% 物化性质(Physical Properties) 化学成分：SnO2： 99
6、.85% ； Cu： 0.0014% 白色四角晶体，密度7，熔点 1127。不溶于水，稀酸和碱液。溶于浓硫酸。与碱共溶形成锡酸盐。用于制造不透明玻璃，瓷铀和玻璃擦光剂。天然产的是锡石。可由锡在空气中灼烧而制得。又名氧化锡， 式量 150.7 。 白色，四方、六方或正交晶体， 密度为 6.95g/cm3 ， 熔点 1630，于 18001900升华。难溶于水、醇、稀酸和碱液。缓溶于热浓强碱溶液并分解，与强碱共熔可生成锡酸盐。能溶于浓硫酸或浓盐酸。用于制锡盐、催化剂、媒染剂，配制涂料，玻璃、搪瓷工业用作抛光剂。锡在空气中灼烧或将Sn(OH)4加热分解可制得。SnO2 同时是一种优秀的透明导电材料。
7、它是第一个投入商用的透明导电材料，为了提高其导电性和稳定性，常进行掺杂使用，如SnO2：Sb、SnO2：F 等。 SnO2和其掺杂都具有正方金刚石结构（tetragonal rutile） ，如图所示。红色为O，黑色为Sn，SnO2由两个 Sn和四个 O原子组成， 晶格常数为a=b=0.4737nm ， c=0.3186nm ， c/a=0.637。O2-=0.140nm,Sn4+=0.071nm。SnO2是 n 型宽能隙半导体，禁带宽度为3.5-4.0eV，可见光及红外透射率为80%，等离子边位于3.2 m处，折射率2, 消光系数趋于0.SnO2 附着力强，与玻璃和陶瓷的结合力可达20MPa
8、，莫氏硬度为7 8，化学稳定性好，可经受化学刻蚀。SnO2作为导电膜，其载流子主要来自晶体缺陷，即O空位和掺杂杂质提供的电子。用途 (Useage) 用于搪瓷和电磁材料，并用于制造乳白玻璃、锡盐、瓷着色剂、织物媒染剂和增重剂、钢和玻璃的磨光剂等二氧化锡（SnO2）电极广泛应用于高档光学玻璃的熔炼以及电解铝行业，二氧化锡电级尤其适用于火石类玻璃、钡火石、钡冕，以及重冕玻璃等的熔炼，且对玻璃不产生污染。此项成果已通过河南省科技厅组织的专家鉴定，整体性能指标在国内处于领先水平，二氧化锡电级主要指标已达到国际先进水平。SnO2 是一种重要的半导体传感器材料，用它制备的气敏传感器灵敏度高，被广泛用于各种
9、可燃气体、环境污染气体、工业废气以及有害气体的检测和预报。以SnO2为基体材料制备的湿敏传感器，在改善室内环境、精密仪器设备机房以及图书馆、美术馆、博物馆等均有应用。通过在SnO2中掺杂一定量的CoO 、Co2O3、Cr2O3、Nb2O5、Ta2O5 等，可以制成阻值不同的压敏电阻，在电力系统、电子线路、家用电器等方面都有广泛的用途。SnO2 由于对可见光具有良好的通透性，在水溶液中具有优良的化学稳定性，且具有特定的导电性和反射红外线辐射的特性，因此在锂电池、太阳能电池、液晶显示、光电子装置、透明导电电极、防红外探测保护等领域也被广泛应用。而SnO2 纳米材料由于具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在光、热、电、声、磁等物理特性以及其他宏观性质方面较传统SnO2而言都会发生显著的变化，所以可以通过运用纳米材料来改善传感器材料的性能。
