ZnO是具有光电、压电特性的宽直接带隙的半导体材料。它可以用于超声换能器、偏转器、频谱分析器高速光开关及微机械；高频滤波器；紫外探测器、蓝光和紫光发光管或激光器等光电、压电器件领域。本项目以Zn和O2为反应源，采用特殊设计的、具有射频等离子体源的新型MOCVD(金属有机化合物汽相淀积)系统，在Al2O3、Si、金刚石/Si等衬底上生长ZnO薄膜。 

 

ZnO是一种具有压电和光电特性的宽直接带隙半导体材料，它可以用于超声换能器、偏转器、频谱分析器、高速光开关及微机械；高频滤波器；紫外探测器、蓝光和紫光发光管或激光器等方面。这些器件在大容量、高速光纤通信的波分复用、光纤相位调制、反雷达动态测听、电子侦听、卫星移动通信，并行光信息处理等民用及军事领域有重要应用。因此，ZnO材料及器件的开发与应用必定会对国民经济的发展起重要作用。 

 

简要技术 

自1996年首次报道了ZnO薄膜的室温光泵浦紫外激射至今，短短的几年间ZnO的研究已取得了较大的进展，研究的范围已涵盖了ZnO体单晶、薄膜、量子点、量子线等材料的生长和特性以及ZnO传感器、表面声波器件、探测器以及发光管和激光器等器件的研究和制作等方面。但是，2002年10月，在美国召开的ZnO国际学术会议上，各国学者得出一致的结论是：目前国际上还没有一个可信的稳定的p型ZnO薄膜材料制备成功。因此，攻克p型ZnO是目前摆在世界各国科学家的重要课题，是研制电注入p-n结型ZnO器件必须解决的难点。 

 

ZnO薄膜材料的生长方法有蒸发、磁控溅射、离子束溅射、脉冲激光淀积(PLD)、金属有机化合物汽相淀积（MOCVD）、分子束外延（MBE）等。其中MBE和MOCVD法生长的ZnO薄膜质量较高，单纯从生长质量上看，MBE方法可能还略高于MOCVD。但是，根据GaN材料及蓝光发光管研制和生产的经验看，用MBE生长的材料制作的光电器件的性能却不如MOCVD生长的材料。 

 

目前国内的状况与国外相比有一定的差距，最近几年，国内ZnO材料与器件研究的单位开始增多。如：浙江大学和山东大学等单位用溅射法、中国科技大学和南京大学用MOCVD法、中科院长春光机物理研究所用MBE和PECVD等方法开展了对ZnO的研究。所用独特设计的、具有等离子体源的MOCVD系统生长ZnO薄膜在国内外未见报道。 

 

技术原理 

 一般情况下生长的ZnO薄膜由于存在间隙Zn，电阻率较低。通过氮掺杂的方法获得高阻ZnO薄膜，其原理是：①在ZnO薄膜中，N可以和Zn生成Zn－N键，从而降低间隙Zn的浓度；②N的掺入，可以提供一个浅受主能级，从而提高空穴浓度。性能指标：电阻率：达到8.62×106Ω·cm。 

 

技术创新性 

 1.设计并组装了附加等离子体源和具有高速旋转衬底的MOCVD系统,该系统有如下四个特点： 

（1）        两个特殊设计的喷枪。

（2）        特殊设计的均匀加热片。

（3）        高速旋转的衬底座。

（4）  添加了射频等离子体增强系统。

2.在Al2O3.Si、金刚石/Si等衬底上，生长高质量ZnO薄膜。 

 

应用前景 

ZnO是具有光电、压电特性的宽直接带隙的新兴半导体材料，利用ZnO薄膜可制作多种光电、压电器件，这些器件在通讯、信息存储等领域有着广泛的用途，如： 

 

①高频滤波器：ZnO制作的高频滤波器可以达到极高的工作频率，完全可以满足迅猛发展的通讯业务的需要。②紫外探测器：它可检测出各种情况下的紫外光强度和频谱分布，可用于信息传输、环境监测、航天、生命科学和军事领域。③紫外激光器：可用于光盘技术，提高存储量，满足对大量的信息和数据进行处理的需要。此外，还可用于超大规模集成电路光刻技术之中，进一步的缩小器件尺寸，降低功耗，提高速度等。其应用范围十分广泛。

近年来GaN系材料的蓝绿光发光管、激光器及相关器件以其巨大的市场而成为研发的热点，其蓝绿光发光管已商品化，蓝光激光器也即将走向市场。与GaN相比，ZnO有更高的熔点、激子束缚能及激子增益，且外延生长温度低、成本低、易刻蚀而使后工艺加工方便等优点，而显示出比GaN有更大的发展潜力，因此，ZnO发光管、激光器和紫外光探测器等有可能取代或部分取代GaN光电器件。因此前景非常广阔。