最新宽禁带半导体ZnO材料的调研教学讲义PPT课件.ppt

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1、宽禁带半导体ZnO材料的调研半导体的发展20世纪50年代，以硅材料为代表的第一代半导体材料取代了笨重的电子管，导致了以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个IT产业的飞跃，广泛应用于信息处理和自动控制等领域。20世纪90年代，随着移动无限通信的飞速发展和以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起，第二代半导体材料开始兴起。由于其具有电子迁移率高、电子饱和漂移速度高等特点，适于制备高速和超高速半导体器件，目前基本占领手机制造器件市场。当前，电子器件的使用条件越来越恶劣，为了满足未来电子器件需求，新发展起来了第三代半导体材料—

2、—宽禁带半导体材料，该类材料具有热导率高、电子饱和速度高、击穿电压高、介电常数低等特点。半导体材料的基本特性电阻率能带原先在不同孤立原子中但具有相同能级的许多电子形成晶体时，由于量子效应，不能有两个电子处于相同的状态，它们的能量必定彼此错开，各自处在一个能量略有差异的一组子能级上，形成能带。禁带宽度根据电子的能量分布，在某些能量范围内是不许有电子存在的称之为禁带，半导体的禁带宽度是一个决定电学和光学性能的重要参数。ZN0的性质材料ZnoGaN4H-SiC6H-SiC禁带宽度（eV）3.373.393.263.03晶格类型纤锌

3、矿纤锌矿纤锌矿纤锌矿晶格常数（A）a=3.250a=3.189a=3.073a=3.018c=5.205c=5.185c=10.053c=15.117熔点（K）2250277020702070热导率（Wcm-6K-1）0.61.33.0~3.83.0~3.8CET(10-6K-1)a=6.5a=5.63.5~5.03.5~5.0c=3.0c=7.7电子迁移率（cm2V-1s-1）1961000800370电子饱和速度（cms-1）3.03.52.02.0截止电压（Vcm-1）5.05.02.22.4宽禁带半导体参数比较由于其

4、禁带宽度、晶格常数和GaN非常相近，所以ZnO和GaN可以互为缓冲层来生长出高质量的GaN或ZnO薄膜。同时ZnO室温下的禁带宽度为3.37eV，与GaN(3.4eV)相近而他的激子束缚能远大于GaN(25meV)等材料，因此在蓝紫光器件方面的应用比其它半导体更有潜力,产生室温短波长发光的条件更加优越。ZnO的紫外受激发射特性与应用ZnO是一种理想的短波长发光器件材料。能以带间直接跃迁的方式获得高效率的辐射复合。ZnO薄膜还具有较低的激射阈值，这主要是由于ZnO很高的激子束缚能(室温下为60meV)可以大大降低低温下的激射阈

5、值，而且在室温下适当的激发强度，ZnO激子间的复合可取代电子-空穴对的复合，因而可预期一个低的阈值来产生受激发射。ZnO的紫外受激发射中主要是紫外光波段、蓝绿光波段的发射。ZnO紫外光发射的主要机理是带间跃迁和激子复合。ZnO基光电探测器。紫外光、蓝光等发光器件。光电探测器是一种把光辐射信号转变为电信号的器件，其工作原理是基于光辐射与物质的相互作用所产生的光电效应。ZnO的透明导体特性与应用ZnO的光学透明性是由宽禁带引起的。ZnO带隙宽，对可见光和红外光吸收很小，基本上是透明的。ZnO的导电性主要不是依赖本征激发，而是靠附

6、加能级的电子或空穴激发。具有光学透明特性的宽禁带氧化物半导体材料，一般都是绝缘体，但ZnO既有高透明性又有导电性。因此，ZnO材料在制备透明导电薄膜，紫外波段LED和LD以及能量窗口，液晶显示，太阳电池，气体传感器，超声振荡器和转换器等光电子器件有不错的应用前景。ZnO薄膜的其它性质与应用气敏特性压敏特性P—n结特性压电特性压电器件太阳能电池气敏元件压敏元件声表面波器件(SAW)纳米氧化锌的性质和用途纳米氧化锌的主要性质表面效应表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。这种变化使

7、其表面与内部的晶格振动产生了显著变化，导致纳米材料具有许多奇特的性能。体积效应当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化剂及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积效应。纳米氧化锌的性质和用途纳米氧化锌在防晒化妆品中的应用纳米氧化锌具有紫外线屏蔽性、透明性及灭菌性。当受到紫外线的照射时，价带上的电子可吸收紫外线而被激发到导带上，同时产生空穴-电子对，因此具有吸收紫外线的功能。纳米ZnO比普通ZnO对可见光的吸收弱得多，有很好的透过率

8、，因此具有高度的透明性。纳米ZnO在阳光尤其在紫外线照射下，在水和空气（氧气）中，能自行分解出自由移动的带负电的电子（e-），同时留下带正电的空穴（h+）。这种空穴可以激活空气中的氧变为活性氧，有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌内的有机物），从而把大多数病菌和病毒杀死。