NEW
新聞資訊
技術(shù)性新聞
當(dāng)前位置：首頁 >新聞資訊>技術(shù)性新聞
氧化鋅真空鍍膜：小小薄膜，塑造未來光電世界的隱形力量
發(fā)布時(shí)間：2025-10-29
在科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)變革的時(shí)代，一種看似普通的材料——氧化鋅，正通過真空鍍膜技術(shù)，在光電領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色。
在現(xiàn)代科技領(lǐng)域，氧化鋅真空鍍膜技術(shù)作為一項(xiàng)重要的材料制備工藝，正悄然改變著我們的生活。從手機(jī)屏幕到太陽能電池，從紫外線探測器到抗菌涂層，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用無處不在。
作為肇慶市新潤豐高新材料有限公司的技術(shù)營銷部經(jīng)理，我今天將帶大家深入了解這項(xiàng)技術(shù)的原理、應(yīng)用和未來前景。
氧化鋅（ZnO）是一種 寬禁帶半導(dǎo)體材料 ，具有3.37eV的直接帶隙和高達(dá)60meV的激子結(jié)合能。這些特性使其在光電領(lǐng)域表現(xiàn)出色。
氧化鋅晶體為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的壓電、介電及晶格特性。原料價(jià)格低廉，外延生長成本低，易于實(shí)現(xiàn)摻雜，因此廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。
氧化鋅薄膜具有 高透明度 （可見光透射率高達(dá)90%）和 良好的導(dǎo)電性 （電阻率低至10-4Ω·cm），是理想的透明導(dǎo)電膜材料。
特別是鋁摻雜氧化鋅（AZO）薄膜，具有更好的透明度和導(dǎo)電性，其透射率為91%，電阻率為10-5Ω·cm，已逐漸成為ITO（In2O3：Sn）薄膜的替代材料。
真空鍍膜技術(shù)是現(xiàn)代微電子制造的核心工藝之一。氧化鋅薄膜的制備主要有物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）兩大類方法。
磁控濺射是目前研究最多、最成熟的一種氧化鋅薄膜制備方法。濺射是利用 荷能粒子轟擊靶材 ，使靶材原子或分子被濺射出來并沉積到襯底表面的工藝。
根據(jù)靶材在沉積過程中是否發(fā)生化學(xué)變化，可分為普通濺射和反應(yīng)濺射。若靶材是Zn，沉積過程中Zn與環(huán)境氣氛中的氧氣發(fā)生反應(yīng)生成氧化鋅則是反應(yīng)濺射。
PLD法是20世紀(jì)80年代后發(fā)展起來的一種 真空物理沉積方法 。在超高真空系統(tǒng)中將高能激光脈沖匯聚在靶表面，使靶材料瞬時(shí)熔融氣化，并沉積到襯底上形成薄膜。
研究表明，使用PLD法制備ZnO薄膜的最佳溫度為300℃。在這個(gè)溫度下制備的薄膜具有高度c軸取向，電阻率最低。
MBE是一種可達(dá) 原子級控制的薄膜生長方法 。它用于生長高質(zhì)量的氧化鋅薄膜，可采用微波電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）。
氧化鋅薄膜的質(zhì)量很大程度上取決于制備過程中的各種參數(shù)控制。
研究表明，氧分壓對氧化鋅薄膜的性能有顯著影響。隨著氧分壓從0.01增大到0.2Pa，（002）面衍射峰位向低角度方向偏移。
在氧壓為0.2Pa時(shí)，薄膜具有優(yōu)良的c軸取向、晶粒較大，薄膜沉積質(zhì)量很好。隨著氧壓的增加，薄膜的c軸取向性變差，晶粒尺寸變小。
襯底溫度是影響薄膜質(zhì)量的另一個(gè)關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)表明襯底溫度高于100°C時(shí)，ZnO薄膜具有c軸擇優(yōu)取向。
隨著襯底溫度從100°C上升到300°C，薄膜的（002）面衍射峰位置從33.9°增加到34.4°，半高寬FWHM從0.410°減小到0.202°。
東華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種全新的 逐層沉積工藝 制備的透明導(dǎo)電薄膜材料。基于溶膠—凝膠技術(shù)，通過多次逐層沉積工藝，制備多層薄膜。
這種方法提高了氧化鋅薄膜中的氧空位的濃度，大幅提高紫外光摻雜的效率，成功將紫外光摻雜后的氧化鋅的導(dǎo)電率提高到了500西門子/厘米。
氧化鋅薄膜由于其優(yōu)異性能，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
氧化鋅薄膜在太陽能電池中主要作為 透明電極和窗口材料 ，具有優(yōu)異的光電性能。在適當(dāng)?shù)膿诫s下，表現(xiàn)出很好的低阻特征。
利用P-MOCVD技術(shù)制得ZnO：B薄膜，電阻率為5×10-4Ω·cm，用于α-Si太陽能電池，在100mW/cm2的光照處，其效率為8.7%。
氧化鋅有著很好的光泵浦受激輻射特性，p型氧化鋅的制得使其在紫外光電器件方面有廣泛應(yīng)用。
氧化鋅還可用于制造各種光電器件，如LED和激光二極管。在這些應(yīng)用中，氧化鋅薄膜的光學(xué)性質(zhì)和電導(dǎo)率至關(guān)重要。
通過高密度、定向生長的氧化鋅薄膜是一種具有 良好壓電性質(zhì)的材料 ，能夠用來制造高頻纖維聲光器件及聲光調(diào)制器等壓電轉(zhuǎn)換器材。
作為一種壓電材料，氧化鋅還可在大容量、高速率光纖通信的光纖相位調(diào)制、反雷達(dá)動(dòng)態(tài)測頻、電子偵聽等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
最新研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋅復(fù)合薄膜具有優(yōu)異的抗菌性能。研究表明，ZnO/V2O5復(fù)合薄膜，特別是層狀結(jié)構(gòu)，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌具有完全抑制作用。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，氧化鋅真空鍍膜技術(shù)還將有更大的發(fā)展空間。
進(jìn)一步提高氧化鋅的導(dǎo)電率是未來的研究方向。目前，逐層沉積工藝制備的紫外光摻雜氧化鋅薄膜的導(dǎo)電率，可以滿足構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室尺度的有機(jī)光伏器件。
要實(shí)現(xiàn)有機(jī)光伏器件大規(guī)模工業(yè)化，其透明電極薄膜的導(dǎo)電率當(dāng)然是越高越好。
隨著柔性電子技術(shù)的發(fā)展， 氧化鋅薄膜的低溫制備工藝 成為研究重點(diǎn)。未來，通過使用狹縫擠壓涂布法等工業(yè)化兼容的薄膜沉積法，制備具有更大面積的氧化鋅薄膜將成為可能。
氧化鋅薄膜技術(shù)還將開辟全新的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，有機(jī)光伏器件可以在弱光環(huán)境下，通過吸收環(huán)境光、室內(nèi)光，對室內(nèi)的電子元件進(jìn)行持續(xù)供電。
這可以解決電子元件依賴外部電源這一嚴(yán)重制約物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的問題，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展。
唐正課題組的研究給了我們更多啟示：通過逐層沉積工藝和紫外光摻雜技術(shù)，氧化鋅薄膜的導(dǎo)電率可提高到 500西門子/厘米 ，比傳統(tǒng)方法提高了2-5倍。
更令人驚喜的是，這種新型薄膜還具有紫外屏蔽作用，相當(dāng)于給器件擦了“防曬霜”，使其比基于ITO的器件具有更優(yōu)異的使用壽命。
隨著技術(shù)的不斷突破，氧化鋅真空鍍膜技術(shù)有望在更多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)材料，為電子產(chǎn)業(yè)帶來新的變革動(dòng)力。我們新潤豐高新材料有限公司也將持續(xù)關(guān)注這一領(lǐng)域的發(fā)展，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的氧化鋅產(chǎn)品和技術(shù)解決方案。
