ZnO薄膜的结构、性能应用和制备

3.3.压敏特性及应用

ZnO薄膜的压敏性质主要表现在非线性伏安特征上，当作用在ZnO压敏材料外加电压大于压敏电压时，就进入击穿区，此时外加电压的微小变化会导致电流的迅速增大，变化幅度由非线性系数（α）来表征。ZnO因其非线性系数高，电涌吸收能力强，在电子电路等系统中被广泛用来稳定电流，抑制电涌及消除火花。

3.4.气敏特性及应用

ZnO是一种应用最早的一种半导体气敏材料，属于典型的表面控制型半导体气敏材料，ZnO薄膜光电导随表面吸附的气体种类和浓度不同会发生很大变化。依据这个特点，ZnO薄膜可用来制作表面型气敏器件，通过掺入不同元素，可检测不同的气体，尤其在于经某些元素掺杂后对有害性气体、可燃性气体、有机蒸汽具有良好的敏感性。利用这些性质，可以制成各种气敏传感器应用于健康检测、监测人体内的酒精浓度、监测大气中的有害气体含量等。

4.ZnO薄膜的制备方法

4.1.脉冲激光沉积法

激光脉冲沉积( PLD)是一种真空物理沉积方法, 20世纪60年代研究者发现用激束照射固体材料时,有电子、离子和中性原子从固体表面溅射出来在表面附近形成一个发光的等离子区[ 3 ] ,直到20世纪80年代后期,伴随着GW级短波长脉冲准分子激光器的出现,脉冲激光沉积便得到了迅速发展成为一种很有竞争力的新工艺。它是在超高真空（本底压强可达9×10-8Pa）系统中将KrF或ArF激光器发出的高能激光脉冲汇聚在靶表面，使靶材料瞬时熔融气化，并沉积到衬底上形成薄膜。PLD法成膜平整度高，且纯度高，但其对沉积条件的要求也高，同时在掺杂控制、平滑生长多层膜方面存在一定的困难，因此难以进一步提高薄膜的质量。

4.2.磁控溅射法

溅射是带电粒子轰击靶材, 使靶材粒子( 团) 被击溅出来并淀积到衬底上成膜。若靶材是Zn，沉积过程中Zn与环境气氛中的氧气发生反应生成ZnO则是反应溅射；若靶材是ZnO陶瓷，沉积过程中无化学变化则为普通溅射法。磁控溅射法是目前（尤其是国内）研究最多、最成熟的一种ZnO薄膜制备方法, 具有速率高、可有效抑制固相扩散、薄膜与衬底之间的界面陡峭等优点[4]，此法适用于各种压电、气敏和透明导体用优质ZnO薄膜的制备。用此法即使在非晶衬底上也可得到高度Ｃ轴取向的ZnO薄膜。

4.3.化学气相沉积法

化学气相沉积是将反应物由气相引入到衬底表面发生反应，形成薄膜的一种工艺。根据沉积过程对真空度的要求不同，可分为低压CVD与常压CVD方法。低压CVD方法又有等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）、MOCVD和单一反应源化学气相沉积法（SSCVD）等。

4.3.1.PECVD法

PECVD法与普通CVD法比较，一个很重要的改进就是在反应腔中增加了一对等离子体离化电极。这种方法一般用锌的有机源与含氧的稳定化合物气体如NO2，CO2或N2O反应沉积，而Zn的有机源多采用二甲基锌（DMZ）或二乙基锌（DEZ）。采用DEZ与CO2反应的较多，这可能是因为这两种化合物反应比较稳定。实验中等离子体的产生是至关重要的，因为NO2是惰性气体，在等离子体作用下使氧离化出来，可能与DEZ反应生成ZnO沉积到衬底表面。影响薄膜的主要因素是衬底温度、反应压强和等离子体电离电压。衬底温度一般在200～400℃之间，反应压强约为102Pa，电离电压约1.8～4.5kV。当电压为3.6kV时可生长出高度Ｃ轴取向的ZnO薄膜，其半高宽仅为0.3°左右，比磁控溅射法得到的1°左右要好得多，且表面有足够的平整度；在380nm的紫外波段和620nm为中心的较宽波段有较强的光激发发光强度。PECVD方法优点是生长过程中稳定性较好，表面平整有利于在SAW方面应用。但其室温阴极发光光谱不单一，存在紫外和绿光两个发光带，不利于制作单色发光器件。

4.3.2.SSCVD法

SSCVD法是近几年新出现的用于ZnO薄膜生长的方法，它是一种超高真空（本底压强达1×10-6Pa）、相对低能量的沉积过程。它所使用的单一反应源多为碱性醋酸锌（BZA），BZA在温度可调的Knudsen腔中升华。升华后的压强一般约为1×10-3Pa，甚至更低。另外，SSCVD法生长ZnO薄膜时，很重要的一点就是要使沉积腔内存在适量的水蒸气。实验表明，水蒸气的存在有利于ZnO膜的c轴取向生长，这可能是由于水蒸气提供了氧，填充了由BZA分解得到的ZnO中的氧空位。