p型氧化锌薄膜研究进展

本报讯 中国科学院上海硅酸盐所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室李效民研究员带领的课题组经过近2年的努力，日前在p型氧化锌薄膜及一维氧化锌纳米结构研究中取得重要进展，相关的研究成果已在美国《应用物理通讯》杂志上发表。

平板显示技术是信息时代对终端显示的基本要求。目前主要的平板显示技术有液晶、等离子体、荧光管和发光二极管。发光二极管作为平板显示屏具有驱动电压低，可与集成电路匹配，使用安全，可多色显示，寿命长和响应快等优点，是一种理想的平板显示器件。在科学仪器、交通信号、便携式微机、航空航天和军事等领域具有广阔的应用前景。

目前单色显示的红色和绿色LED显示器件已有商品问世，但彩色显示器至今未商品化，其主要原因是蓝色电致发光的亮度或色纯度达不到实用水平，无法利用三基色实现彩色显示。氧化锌是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙宽禁带化合物半导体材料，具有优异的光学和电学特性，具备了发射蓝光或近紫外光的优越条件，有望开发出紫外、绿光、蓝光等多种发光器件。实现氧化锌基光电器件的关键技术是制备出优质的p型氧化锌薄膜。本征氧化锌是一种n型半导体，必须通过受主掺杂才能实现p型转变。但是由于氧化锌中存在较多本征施主缺陷，对受主掺杂产生高度自补偿作用，并且受主杂质固溶度很低，难以实现p型转变，导致无法制得半导体器件的核心--氧化锌p-n结结构，极大地限制了氧化锌基光电器件的开发应用。目前，p型氧化锌的研究已成为国际上的研究热点。

采用常压超声喷雾热解法、通过氮和铟共掺杂，成功地制备出p型氧化锌薄膜，其电学性能远远超过国际上的最好水平(电阻率降低了2个数量级，霍尔迁移率提高了2~3个数量级)。在此基础上，又制备出具有p-氧化锌/n-氧化锌双层结构的氧化锌同质p-n结。这是首次用简单易行的方法制备出性能优异的p型氧化锌薄膜及氧化锌同质p-n结。这些研究成果对于深入研究氧化锌薄膜晶体生长和掺杂机理、试制新型氧化锌短波长发光器件、拓宽氧化锌薄膜应用领域等方面具有重要意义。

同时，由于氧化锌一维纳米材料具有许多特异的物理、化学特性，在构建纳米电子和光学器件方面具有巨大的应用潜力，受到广泛的关注。该课题组通过对汽相传输法制备高纯度、复杂形状一维氧化锌纳米材料的研究，自组装成直径小于60纳米、尺度分布均匀、具有复杂纳米结构的一维氧化锌纳米棒，并且实现了对其同质催化和纵向排列的定向控制。其中，四脚状氧化锌纳米结构的研究已达到国际先进水平?实现了对其同质催化控制和纵向排列的定向控制。