Свойства оксида цинка при низких и средних температурах

Abstract

Рассмотрены свойства оксида цинка как аналога нитрида галлия в широком диапазоне температур и области его перспективных применений. Отмечены экономические и экологические преимущества, а также радиационная стойкость ZnO по сравнению с нитридами III группы. Предложены способы выращивания пленок и наноструктур с высоким совершенством кристаллической структуры. В частности, реализован магнетронный метод послойного роста пленок, позволяющий достичь их высокого структурного совершенства и значительных толщин, недоступных для некоторых других методов. Показана возможность получения монохроматического УФ излучения при возбуждении пленок коротковолновым излучением и электронами, что дает возможность использовать их в источниках коротковолнового излучения. Продемонстрирована эффективная полевая эмиссия наноструктур и пленок ZnO, открывающая перспективу их применения в устройствах вакуумной микроэлектроники. На основе пленок ZnO, легированных азотом, изготовлен, в частности, фототранзистор, позволяющий увеличить фоточувствительность на два порядка по сравнению с обычными детекторами. Рассмотрены физические основы создания светодиодов разного цвета свечения на основе пленок оксида цинка и его твердых растворов с СdO. Отмечена важность исследований физики и технологии приборов на основе оксида цинка.

Розглянуто властивості оксиду цинку як аналога нітриду галію в широкому діапазоні температур та області його перспективних застосувань. Відзначено економічні та екологічні переваги, а також радіаційна стійкість ZnО у порівнянні з нітридами III групи. Запропоновано способи вирощування плівок і наноструктур з високою досконалістю кристалічної структури. Зокрема реалізовано магнетронний метод пошарового росту плівок, що дозволяє досягти їхньої високої структурної досконалості та значних товщин, які недоступні для деяких інших методів. Показано можливість одержання монохроматичного УФ випромінювання при збудженні плівок короткохвильовим випромінюванням та електронами, що дає можливість використовувати їх у джерелах короткохвильового випромінювання. Продемонстровано ефективну польову емісію наноструктур та плівок ZnО, що відкриває їхню перспективу застосування в обладнаннях вакуумної мікроелектроніки. На основі плівок ZnО, які леговані азотом, виготовлено, зокрема, фототранзистор, що дозволяє збільшити фоточутливість на два порядки в порівнянні зі звичайними детекторами. Розглянуто фізичні основи створення світлодіо́дів різного кольору світіння на основі плівок оксиду цинку і його твердих розчинів з СdО. Відзначено важливість досліджень фізики та технології приладів на основі оксиду цинку.

The properties of zinc oxide as an analogue of gallium nitride are considered in a wide temperature range and the field of its potential applications. The economic and ecologic benefits as well as radiation resistivity of ZnO in comparison with Group III nitrides are indicated. Methods of growth of films and nanostructures of high crystal perfection are proposed. In particular, a magnetron method for layer growth of films is implemented which permits to realize their high structural perfection and considerable thickness inappropriate to some other methods. It is shown that monochromatic UV light may be obtained on excitation of films by short-wave radiation and electrons. This makes it possible to use them in the sources of short-wave radiation. The effectiveness of field emission for ZnO nanostructures and films is demonstrated which opens the prospect for their use in vacuum microelectronics devices. In particular, a phototransistor based on ZnO films doped with nitrogen was fabricated the photosensitivity of which was two orders of magnitude higher than that of conventional detectors. The physical basis of creating blue, green LEDs based on zinc oxide film and its solid solutions with CdO are outlined. The importance of active research in physics, and production procedures of zinc oxide-based devices is underlined.