1.2.1 ZnO的晶体学结构

ZnO常见的晶体结构有两种：纤锌矿结构与闪锌矿结构，纤锌矿结构的氧化锌晶格能量较低。故纤锌矿结构较为稳定，也最为常见。其属于六方晶系，锌离子的配位数和氧离子的配位数都是4，晶格常数a=0.325nm，c=0.521nm，c/a=1.603[4]，稍小于理想的六角柱紧堆积结构（1.633）。ZnO的晶胞由重叠的hcp密堆积晶格构建而成，每一个Zn原子附近都有四个O原子与之结合，组成了正四面体；同理每个O原子附件也有四个Zn原子构成正四面体，其晶体结构如图1.1所示。

纤锌矿结构的氧化锌晶格中有很多氧空位，且锌离子的半径相对而言很小，十分容易进入间隙中，这使得ZnO晶格的化学计量比并不能达到完美，因为是一种N型的半导体，拥有极性。由于ZnO的结构不对称，外加压力时其正负电荷中心不重合，这是ZnO具有压电特性的原因。有实验证明，ZnO涂层在生长时主要是朝着C轴的方向生长，即具有很强的（0001）面择优生长特性[5]。

1.2.2 ZnO薄膜的性能及其应用

（1）光电特性

ZnO是一种II-VI族宽禁带直接带隙半导体，常温下其带隙为3.3eV，随着化学组成、能带结构、氧空穴数目等条件的改变带隙会发生改变。ZnO薄膜可以很好地吸收波长为紫外光波段的光，这是由于它的禁带宽度所决定的。在一定的制备条件下，可以制得电阻很低的ZnO薄膜。在723K的温度与真空条件下，B.JosepH等人[6]通过超声雾化化学气相沉积法制备出175nm厚的未掺杂ZnO薄膜，其电阻率很低，仅为3×10-1Ω·cm。T.Schuler等人[7]用sol－gel法制备的掺Al的ZnO薄膜的电阻率仅为5×10-1Ω·cm。

ZnO薄膜具有电阻很低的特性，所以是制作太阳能电池、液晶电子元件电极的一种原材料。由于ZnO薄膜对于光的吸收吸收较小，大部分光可以穿透它，还具有3.3eV的禁带宽度，使得ZnO薄膜在作低损耗光波导器件领域内大有可为。

(2)压电特性

朝着某个固定的取向生长的、且拥有较高的密度的ZnO薄膜的压电性能在各个方向上差异很大。N.K.Zayer[8]通过射频磁控溅射法在473k的温度下，在硅衬底上制备出了沿C轴择优生长的氧化锌薄膜，经测定具有良好的压电性能。在0.9GHz左右的较高的频率范围内，其压电转换十分出色，且它的嵌入损耗很低，使得其可以用于制备压电转换器。

（3）压敏特性

非线性伏安特性是ZnO的压敏特性主要特征。在对具有压敏特性的材料施加外加电压的作用时，当外加的电压值超过一个临界值的时候，就会进入到击穿区，这个临界的电压值就叫做压敏电压。进入击穿区后，即使电压只是轻微的改变，也会造成电流的巨大变化，这种特性可以用一个物理量来描述，叫做非线性系数。ZnO的α值较高，对于瞬间的过高电压具有较好的缓冲作用，可以在电路系统中作发挥稳定电流、抑制电火花的出现的作用。

（4）气敏特性

氧化锌薄膜对于某些气体十分敏感，可以用于作为制作气敏传感器的原材料。在掺入某些元素后，对毒性、易燃气体等非常敏感[9]；在未掺入杂质时，对一些具有氧化性或者是还原性气体具有很好的敏感性；掺Pd、Pt后对可燃气体很敏感；掺杂La2O3、V2O5后对酒精、丙酮等气体敏感。

（5）生物、医学特性

已经确定Zn是一种重要的微量元素。此外，ZnO的化学性能稳定，生物相容性很好，同时对细菌具有抑制作用。Zn元素是人体所必需的微量元素之一，具有促进骨骼生长的作用，锌离子、钙离子等微量元素可以加快骨细胞发育的速度。Zn对骨骼的形成具有促进作用，对骨骼的吸收具有抑制的作用。 钛合金表面含ZnO的复合陶瓷膜的制备工艺研究(3):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205363.html