ZnO作为一种具有半导体、发光、压电、光电、闪烁等性能的多功能晶体材料,室温下的禁带宽度为3.37 eV,与GaN的禁带宽度(3.39 eV)相近。ZnO由于其激子束缚能很高,高达60 meV,远大于GaN的激子结合能(21 meV)和室温热能(26 meV),所以理论上讲ZnO在室温可获得高效的激子发光。1997年D.M.Bagna[10]等人分别采用分子束外延的方法,在蓝宝石基片上生长出氧化锌薄膜,并在室温下观察到390 nm附近的近紫外激光发射,这一成果使人们坚信ZnO是制备紫外发光器件的理想材料。
目前,ZnO材料主要以薄膜和体单晶生长为主要研究对象,而忽视了透明ZnO陶瓷在该领域的研究和应用。这是由于ZnO体材料中透明的ZnO陶瓷制备较之其他氧化物陶瓷更加困难所致,其主要原因有两个:首先ZnO是一致熔融化合物,其熔点为1975℃,它不仅具有强烈的极性析晶特性,而且在高温下(1300℃以上)会发生严重的升华现象;其次,目前制备的氧化物透明陶瓷多为岩盐相结构,而ZnO为纤锌矿结构,同其他岩盐相结构氧化物相比,具有光学各向异性,会对光产生双折射而引发光散射。所以有关ZnO透明陶瓷材料的制备等方面的文献和专利尚无报道。
近年来的研究结果表明,陶瓷材料中的晶粒尺寸小于亚微米级,可以使具有纤锌矿结构材料的双折射的影响降低或消失。另外,随着高压技术研究的深入,高压作为除了成分、温度以外的第三个热力学维度,不仅可以有效地抑制材料的升华、提高材料致密度,而且可以改变材料的许多物理和化学性质,如改变材料的电子结构以及常压下难以发生的化学反应。
为此,我们采用高压方法开展了ZnO透明半导体陶瓷的制备工作,其目的和意义在于:(www.xing528.com)
1)通过采用ZnO粉体材料,在高温高压条件下,进行透明陶瓷烧结技术的研究,以期获得ZnO透明功能陶瓷的同时,进而在半导体等器件上得以应用。
2)开展ZnO透明陶瓷的研究,不仅可以填补该领域的研究空白,而且还可以深入了解纤锌矿结构的氧化物陶瓷的透明机理。
3)掌握如何减少和消除纤锌矿结构材料(如ZnO)的双折射,有效地抑制材料的升华等制备透明功能半导体陶瓷的关键技术。
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