山东建筑大学毕业论文开题报告表班级： 姓名：论文题目宽禁带半导体ZnO的调研一、选题背景和意义Zn0是一种新型的II-VI族宽禁带半导体材料，具有优异的晶格、光电、压电和介电特性，和III-V族氮化物及II-VI族硒化物比具有很多潜在的优点。
首先，它是一种直接带隙宽禁带半导体，室温下的禁带宽度为，与GaN()相近，而它的激子结合能()却比GaN()高出许多，因此产生室温短波长发光的条件更加优越；而且ZnO薄膜可以在低于500℃温度下获得，不仅可以减少材料在高温西制备时产生的杂质和缺陷，同时也大大简化了制备工艺；同时ZnO来源丰富，价格低廉，又具有很高的热稳定性和化学稳定性。
ZnO在UV、蓝光LED和LDS器件等研究方面被认为是最有希望取代GaN的首选材料，ZnO已经成为国内外半导体材料领域一个新的研究热点。
国内外有很多科研团队都在进行ZnO的研究．虽然Zn0暂时不能完全取代si 在电子产业中的基础地位，但是ZnO以其特殊的性质成为Si电路的补充。
国内外对于ZnO的研究一直是近几年半导体材料研究的热点。
无论是薄膜ZnO、纳米ZnO或是体单晶ZnO，文献很好地总结了2003年之前的国外ZnO晶体的研究与发展状况。
随着高质量、大尺寸单晶ZnO 生产已经成为可能，单晶ZnO通过加工可以作为GaN衬底材料。
ZnO与GaN的晶体结构、晶格常量都很相似。
晶格失配度只有2.2%(沿〈001〉方向)、热膨胀系数差异小，可以解决目前GaN生长困难的难题。
GaN作为目前主要的蓝、紫外发光半导体材料，在DVD播放器中有重要的应用。
由于世界上能生产ZnO单晶的国家不多，主要是美国、日本。
所以ZnO单晶生产具有巨大的市场潜力。
近年来，材料制备技术的突破，纳米ZnO半导体的制备、性能及其应用成为材料学的一个研究热点。
本文介绍了ZnO薄膜具有的许多优异特性，优良的压电性、气敏性、压敏性和湿敏性，且原料廉价易得。
这些特点使其在表面声波器件(SAW)、太阳能电池、气敏元件等领域得到广泛的应用。
随着对ZnO紫外受激发射特性的研究和P型掺杂的实现，ZnO作为光电材料在紫外探测器、LED、LD等领域也有着巨大的应用潜力。
另外本文还介绍了纳米氧化锌的许多优点和在许多方面的应用。
目前，我国各类氧化锌处于供不应求的状况，而以活性氧化锌和纳米氧化锌取代传统氧化锌是不可阻挡的趋势，可见，今后纳米氧化锌必会有非常广阔的市场前景。
二、课题关键问题及难点要深入研究该方面的知识，就要涉猎很多方面的知识。
作为本科学生，如何在现有知识的基础上，阅读并理解有关书目、文献，总结归纳相关理论和研究方法，是本课题首先要解决的关键问题。
首先，要了解氧化锌作为宽禁带半导体的特性，然后再细致的查找氧化锌薄膜的诸多性质和这些性质在哪些方面的应用。
同时要寻找纳米氧化锌材料与普通氧化锌材料相比有哪些优点、在发展中存在的问题和以后的研究方向。
查询相关资料并阅读和理解之后，合理的安排介绍氧化锌作为宽禁带半导体材料的性质和应用。
三、文献综述当前，电子器件的使用条件越来越恶劣，要适应高频、大功率、耐高温、抗辐照等特殊环境。
为了满足未来电子器件需求，必须采用新的材料，以便最大限度地提高电子元器件的内在性能。
近年来，新发展起来了第三代半导体材料——宽禁带半导体材料，该类材料具有热导率高、电子饱和速度高、击穿电压高、介电常数低等特点，这就从理论上保证了其较宽的适用范围。
Zn0是一种新型的II-VI族宽禁带半导体材料，具有优异的晶格、光电、压电和介电特性，和III-V族氮化物及II-VI族硒化物比具有很多潜在的优点。
ZnO晶体具有四种晶体结构，闪锌矿结构；纤锌矿结构；NaCl结构；CsCl结构。
ZnO晶体随着环境条件的改变形成不同结构的晶体。
ZnO晶体中的化学键既有离子键的成分，又有共价键的成分，两种成分的含量差不多，因而使得ZnO晶体中的化学键没有离子晶体那么强，导致其在一定的外界条件下更容易发生晶体结构上的改变。
ZnO的紫外受激发射性质与应用ZnO是一种理想的短波长发光器件材料。
能以带间直接跃迁的方式获得高效率的辐射复合。
ZnO薄膜还具有较低的激射阈值，这主要是由于ZnO很高的激子束缚能(室温下为60meV)可以大大降低低温下的激射阈值，而且在室温下适当的激发强度，ZnO激子间的复合可取代电子-空穴对的复合，因而可预期一个低的阈值来产生受激发射。
ZnO的紫外受激发射中主要是紫外光波段、蓝绿光波段的发射。
ZnO紫外光发射的主要机理是带间跃迁和激子复合。
因其紫外受激发射性质主要应用有ZnO基光电探测器，紫外光、蓝光等发光器件。
光电探测器是一种把光辐射信号转变为电信号的器件，其工作原理是基于光辐射与物质的相互作用所产生的光电效应。
ZnO的透明导体特性与应用ZnO的光学透明性是由宽禁带引起的。
ZnO带隙宽，对可见光和红外光吸收很小，基本上是透明的。
ZnO的导电性主要不是依赖本征激发，而是靠附加能级的电子或空穴激发。
具有光学透明特性的宽禁带氧化物半导体材料，一般都是绝缘体，但ZnO既有高透明性又有导电性。
因此，ZnO材料在制备透明导电薄膜，紫外波段LED和LD以及能量窗口，液晶显示，太阳电池，气体传感器，超声振荡器和转换器等光电子器件有不错的应用前景。
ZnO的其他特性与应用除此之外ZnO还具有气敏特性、压敏特性、P—n结特性等特性，可以引用在压电特性、压电器件、太阳能电池、气敏元件、压敏元件、声表面波器件(SAW)等许多领域。
纳米氧化锌的主要性质表面效应：表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
这种变化使其表面与内部的晶格振动产生了显著变化，导致纳米材料具有许多奇特的性能。
体积效应：当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化剂及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积效应。
纳米氧化锌在防晒化妆品中的应用纳米氧化锌具有紫外线屏蔽性、透明性及灭菌性。
当受到紫外线的照射时，价带上的电子可吸收紫外线而被激发到导带上，同时产生空穴-电子对，因此具有吸收紫外线的功能。
纳米ZnO比普通ZnO对可见光的吸收弱得多，有很好的透过率，因此具有高度的透明性。
纳米ZnO在阳光尤其在紫外线照射下，在水和空气（氧气）中，能自行分解出自由移动的带负电的电子（e-），同时留下带正电的空穴（h+）。
这种空穴可以激活空气中的氧变为活性氧，有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌内的有机物），从而把大多数病菌和病毒杀死。
纳米ZnO应用于防晒化妆品中，不但使体系拥有收敛性和抗炎性，而且具有吸收人体皮肤油脂的功效。
纳米氧化锌在纺织中的应用将金属氧化锌粉末制成纳米级时，由于微粒尺寸与光波相当或更小，尺寸效应使导带及价带的间隔增加，故光吸收显著增强。
在350~400nm（UVA）时，氧化锌的遮蔽效率高，同时氧化锌（n=1.9）的折射率小，对光的漫反射率较低，使得纤维透明度较高且利于纺织品染制。
远红外线反射纤维的材料：这种远红外线反射功能纤维是通过吸收人体发射出的热量，并且再向人体辐射一定波长范围的远红外线，可促进人体血液循环，遮蔽红外线，减少热量损失。
光致发光材料：可利用紫外光、可见光或红外光作为激发光源而诱导其发光。
氧化锌在室温下拥有较强的激发束缚能，可以在较低激发能量下产生有效率的放光。
防紫外线纤维。
纳米氧化锌在催化剂和光催化剂中的应用纳米氧化锌具有优异的光催化活性。
当氧化锌纳米粒子受到大于禁带宽度能量的光子照射后，电子从价带跃迁到导带，产生了电子-空穴对，空穴能使OH-生成氧化性很高的·OH 自由基，可以把许多难降解的有机物氧化成CO2和H2O等无机物。
纳米氧化锌在电化学中的应用浅色导电材料导电氧化锌主要用于涂料、橡胶、纤维材料和陶瓷中作为导电的白色颜料，氧化锌的导电性可赋予塑料和聚合物以抗静电性。
纳米氧化锌在橡胶轮胎中的应用将纳米氧化锌作为导电的白色颜料填充于橡胶中，可研制出导电性橡胶，用来制造静电屏蔽橡胶及制品。
目前，纳米氧化锌的应用研究不如制备技术研究广泛和深入。
如何更好地发挥纳米氧化锌的优异性能，提高产品的性能价格比，使制造出的产品在国际市场上具有竞争力都是应用研究努力的方向参考文献：[1]Jenny JR，Malta DP．Muller SG．et a1．Joumal of Elactronic Materials 2003，32：432[2]吕建国，汗雷，叶占镇等．ZnO薄膜府用的最新研究进展.功能材料与器件学报．2002．9，8(3)303-308[3]Zhuge F，Zhu L．P，Ye Z．Z．et a1．Effects of growth ambient on electricalproperties of AI-N co-doped p-type ZnO films.Thin Solid Films．2005．4，476：272-275[4]Emanetoglu Nuri W，Zhu Jun，Chan，Ying et a1．Surface acoustic waveultraviolet photo detectors using epitaxial ZnO multilayers grown on r-plane sapphire． Applied Physics Letters．2004．10，85(17)：3702-3704[5]Guillermo Santana et a1．Structural and optical properties of (ZnO)x(CdO)l-x thinfilms obtained by spray pyrolysis．Thin Solid Films．2000，373：235-238[6] 应春，沈杰，陈华们等．ZnO：AI透明导屯薄膜的研制．真空科学与技术．1998．3，18(2)：125-129[7] 刘玉华，孙汪典．Zn0薄膜的射频磁控溅射法制备及特性．暨南大学学报(自然科学版) ．2004．6，25(3)：289-292[8] 马瑾，李淑英．真空反应蒸发法制．ZnO透明导电薄膜．山东人学学报(臼然科学版) ．1994.6，29l(2)：230-234[9] 杨成兴，季掘国，刘坤等．雾化热解法制备ZnO薄膜及其光电性能．半导体学报．2002．10，23(10)：1083-1087[10] Nagase,t Ooie,J．Sakakibara．Th/nSolidFilms．1999，357：151—158[11] 刘大力，杜国同，于金忠等．ZnO薄膜的掺杂特性．发光学报．2004，4，25(2)：134．137[12] 叶志镇，张银珠，徐伟中等．ZnO薄膜P型掺杂的研究进展．无机材料学报．2003．1，18（1）：11-18[13] 杨田林，杨光德．薄膜厚度对ZnO：AI透明导电膜的结构和光电性能的影响．淄博学院学报．2002．6，4(2)：32-35[14] R．Groenen，J．L．Linden el a1．AppliedSurface Science．2001 73(1-2)：40-43[15] 吕建国，叶志镇．ZnO薄膜的最新研究进展．功能材料．2002，33(6)：581-583[16]叶建东，顾传林，朱顺明等．高质量ZnO薄膜的退火性质研究．高技术通讯．2002．12：45-48[17]林碧霞，傅竹两，刘磁辉等．氧化锌宽禁带’n导体薄膜的发光及其p-n结特性．嗣体电子学研究与进展．2002．I l，22(4)：417—420四、方案论证1)通过对宽禁带半导体材料ZnO的深入学习，了解ZnO的发展情况及应用的程度。