ZnO作為寬禁帶透明半導(dǎo)體材料在光電領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，通過摻雜可改善其光電性能。本文從第一性原理理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方面綜述了摻雜對ZnO溶膠凝膠薄膜光電特性影響的最新進(jìn)展。III、IV族及稀土元素?fù)诫s可在ZnO導(dǎo)帶底引入大量載流子，使費(fèi)米能級進(jìn)入導(dǎo)帶，利于n型導(dǎo)電。I、IB族或V族元素?fù)诫s可替代Zn或O原子位置，產(chǎn)生受主雜質(zhì)能級，增加受主濃度，利于p型導(dǎo)電。單摻雜ZnO薄膜電阻率較高，共摻雜可提高雜質(zhì)溶解度，減少自補(bǔ)償作用，提高p型導(dǎo)電性。元素?fù)诫s可調(diào)整ZnO帶隙且與摻雜元素氧化物的帶隙相關(guān)，Mg、Al、Ga、In摻雜使帶隙增大，Cd摻雜則使帶隙減小。指出需進(jìn)一步探究摻雜ZnO薄膜的缺陷與能級結(jié)構(gòu)，開展ZnO納米晶和基于ZnO的多元復(fù)合薄膜研究等。

　　ZnO為寬禁帶透明半導(dǎo)體材料，直接帶隙3137eV，激子結(jié)合能60meV，熔點(diǎn)1975e，化學(xué)及熱穩(wěn)定性好，制備溫度低，其在光電器件方面的應(yīng)用有賴于高性能n及p型薄膜制備及光帶隙調(diào)節(jié)。通過摻雜可獲得性能良好的n型ZnO，但本征ZnO存在施主型缺陷，自補(bǔ)償作用使得p型ZnO難以制備，故如何通過摻雜獲得高質(zhì)量p型ZnO薄膜是目前研究的熱點(diǎn)。ZnO薄膜制備法包括磁控濺射、噴霧熱分解、脈沖激光沉積、分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)氣相外延等。其它如溶膠凝膠、原子層處延、化學(xué)浴沉積、離子束輔助沉積及薄膜氧化等也有報(bào)道。

　　溶膠凝膠法成本低、設(shè)備簡單、易實(shí)現(xiàn)分子水平摻雜及制備多組分金屬氧化物薄膜，開發(fā)前景良好。第一原理計(jì)算方法具有精度高、適用體系廣、不依賴于人工參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。本文對近年來有關(guān)ZnO第一性原理計(jì)算和溶膠凝膠實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行了綜述，探究了各種缺陷對ZnO薄膜光電特性的影響，對其能帶結(jié)構(gòu)、缺陷特征、p型轉(zhuǎn)化、帶隙調(diào)整等關(guān)鍵半導(dǎo)體特性研究做了總結(jié)。

　　1、本征ZnO

　　ZnO晶體由O和Zn六角密堆反向嵌套而成，每個(gè)Zn原子位于4個(gè)相鄰O原子形成的四面體間隙中，但只占據(jù)其中半數(shù)O四面體間隙，O原子排列與Zn相同。本征ZnO中有鋅空位VZn、氧空位VO、間隙鋅Zni、間隙氧Oi、反位鋅ZnO和反位氧OZn等對其光電特性影響很大的點(diǎn)缺陷。其中，VO、Zni和ZnO是施主型缺陷，而VZn、Oi、OZn為受主型缺陷。帶電量q的點(diǎn)缺陷在0K時(shí)形成能可用下式計(jì)算

　　4、結(jié)束語

　　ZnO作為一種重要半導(dǎo)體材料，在光電領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。本文從第一性原理理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方面綜述了摻雜對ZnO薄膜光電特性的影響。發(fā)現(xiàn)III、IV族及稀土元素?fù)诫s可在ZnO導(dǎo)帶底引入大量載流子，使費(fèi)米能級進(jìn)入導(dǎo)帶，利于n型導(dǎo)電。Ñ、Õ族元素?fù)诫s可替代Zn或O原子位置，增加受主濃度，利于p型導(dǎo)電。單摻雜ZnO薄膜電阻率高，共摻雜可提高雜質(zhì)溶解度，減少自補(bǔ)償作用，提高p型導(dǎo)電性。元素?fù)诫s可調(diào)整ZnO帶隙，如Mg、Al、Ga、In摻雜使帶隙增大，Cd摻雜使帶隙減小。溶膠凝膠法生長的ZnO薄膜結(jié)晶性不好，使薄膜導(dǎo)電性偏低，為使ZnO薄膜更好應(yīng)用于光電領(lǐng)域，需從以下方面進(jìn)一步研究:¹研究ZnO光學(xué)性質(zhì)以弄清其缺陷與能級結(jié)構(gòu);º研究共摻雜機(jī)理及其穩(wěn)定性，尋找合適的受主雜質(zhì)及摻雜工藝，以獲得高載流子濃度、低電阻、電學(xué)性能穩(wěn)定的p型薄膜;»探究ZnO納米晶的n型、p型摻雜以獲得高質(zhì)量薄膜;¼發(fā)展以ZnO為基礎(chǔ)的二元及多元復(fù)合功能薄膜，通過控制化學(xué)成分提高ZnO器件的光、電、磁等特性。