ZnO薄膜的结构、性能应用和制备

4.3.3.MOCVD法

MOCVD是一种异质外延生长的常用方法，利用MOCVD系统可以生长出高质量的ZnO薄膜。其沉积过程中的压强一般为0.8～1.3kPa，本底压强非常低。用MOCVD生长ZnO膜，常用的Zn源是DMZ、DEZ和醋酸丙酮基锌，而反应气体多用O2，H2O-O2,D20。用DMZ做锌源时反应比较剧烈，ZnO膜的生长较快，但难于控制，且生成的膜中碳杂质较多，因此更多的采用DEZ。用MOCVD生长ZnO膜时，对衬底的温度要求较高，约300～650℃，也有在低温生长的例子。CVD方法有个通存的问题，未到衬底以前，由于锌源与氧过早接触，反应已经发生，造成腔壁污染，形成的微粒进入ZnO薄膜，降低了薄膜的质量。因此要改善气体输入的位置并尽可能地限制其气相反应。

4.4.喷雾热解方法

实验室中生长ZnO膜，由于反应腔较小，易于实现高真空，促进了真空CVD方法的研究。但工业上从成本考虑则希望尽量不用高真空的方法，因此又发展了常压下的喷雾热解（Spray Pyrolysis）方法。喷雾热解法把反应物以气溶胶（雾）形式引入反应腔中。这种方法的溶液一般是用醋酸锌溶于有机溶剂或含醋酸的去离子水中，至于溶液的雾化可采用超声波雾化法或载气流喷射雾化法。

喷雾热解法的设备与工艺简单，但也可生长出与其他方法可比拟的优良的ZnO薄膜，且易于实现掺杂，是一种非常经济的薄膜制备方法，有望实现规模化扩大生产，用于商业用途。

4.5.溶胶-凝胶法

Sol-gel法是一种新型的边缘技术，氧化物经过液相沉积形成薄膜，经热处理形成晶体薄膜。采用Sol-gel法，溶质、溶剂以及稳定剂的选取关系到薄膜的最终质量、成本以及工艺复杂程度。将二水合醋酸锌作为溶质与同摩尔数的单乙醇胺溶于乙二醇甲醚中配成溶液，然后用浸渍法或旋镀法在衬底上形成涂层，并在100～400℃下预热，使涂层稳定，重复涂膜形成一定的厚度后，可经过激光照射或常规加热处理，形成ZnO薄膜。此法以固态的醋酸锌为原料，无需真空设备，因而大幅降低制作成本，简化了工艺，且易于控制薄膜组分，生成的薄膜对衬底的附着力强。另外，此法还可在分子水平控制掺杂，尤其适合于制备掺杂水平要求精确的薄膜。

4.6.分子束外延法

 MBE是一种可达原子级控制的薄膜生长方法。它用于生长高质量的ZnO薄膜，可采用微波电子回旋共振分子束外延（ECR-MBE），也可采用激光分子束外延法（L-MBE）。MBE法生长ZnO需要超高真空条件，本底压强要求大约为1×10-7Pa，衬底一般选用蓝宝石。在ECR-MBE生长中采用100mW的微波功率，氧气分压为2×10-2Pa、衬底的温度为275℃时，发现可得到半高宽为0.58°的具有高度c轴取向的透明膜，薄膜与衬底之间存在外延关系。[5]采用准分子激光脉冲（248nm，10Hz，1J/cm2）在蓝宝石（001）衬底上生长ZnO薄膜，发现当膜厚小于200nm时，其膜层由许多纳米尺寸的单晶组成，具有准量子点特性和激子空间约束效应。在室温下实现了受激发射，有较低的阀值和较高增益，有望解决半导体材料紫外波段室温激光激射的难题。