金属氧化物是非常丰富的一类化合物半导体，近年来一直是半导体新材料、新器件和新能源领域的研究热点。金属氧化物的禁带宽度分布很广，涵盖了从红外到深紫外的各种波段，包括许多直接带隙半导体，因此在各个波段的光电器件如发光器件和光探测器件方面具有显著的应用前景。某些宽禁带金属氧化物对可见光具有很高的透过率，因此在透明导电薄膜和透明电子器件领域被广泛研究。金属氧化物具有天然的p型和n型两种导电类型：典型的p型氧化物包括NiO CuAlO2 CuGaO2 CuInO2 Cu2O CuO CuFeO2 CuNiO2 CrO FeO以及一些组分更为复杂的多元氧化物；典型的n型氧化物包括ZnO Ga2O3 In2O3 SnO2 TiO2 Fe2O3等。 按照器件结构，全氧化物太阳能电池大致可分为两类，一类是氧化物薄膜太阳能电池，一类是氧化物纳米晶太阳能电池，分别归属于上文所述的（2）、（3）类。氧化物薄膜太阳能电池可细分为单层和多层太阳能电池，顾名思义就是选择具有适当禁带宽度的金属氧化物，利用特殊的晶体生长技术，制备出具有高结晶质量的p型氧化物膜和n型氧化物膜，以这种单层和多层的氧化物p-n结作为太阳光的吸收层。氧化物纳米晶太阳能电池可细分为量子点和纳米线太阳能电池，顾名思义就是分别以氧化物的量子点和纳米线（如n型）作为吸收层的一部分，覆盖以相反导电类型（如p型）的氧化物膜，形成新结构的p-n结（可能是异质结）。 提高太阳能电池光电转换效率的几个关键包括：选择禁带宽度合适的半导体材料，考虑同质结和异质结的能带细节，制备高结晶质量的半导体晶体，尽量减少缺陷和杂质（因为它们是载流子的散射中心和复合中心）。 金属氧化物的生长技术一直是制约其应用的主要障碍，磁控溅射、电子束蒸发并不能提供高结晶质量的晶体，尽管这两种技术出现在许多相关专利文献中。金属氧化物薄膜的最佳生长技术是金属有机化学气相沉积MOCVD，利用金属有机物和氧气在较高温度下反应，生长成大面积高质量的致密薄膜，能得到缺陷非常少的纯净半导体。我们自行设计的金属有机化学气相沉积设备具备较为低廉的成本，非常适合工业化。金属氧化物纳米晶的最佳生长技术包括三种，因为纳米晶分三种：零维的量子点（化学溶剂热合成），一维的纳米线（化学溶剂热合成，化学气相沉积CVD），二维的纳米膜（金属有机化学气相沉积）。我们采用的化学溶剂热合成法是一种在100摄氏度以下的广泛适用于各种常见金属氧化物制备的水浴化学合成法，工艺成熟，成本低廉，重复性好，对环境无污染。通过控制反应物组分、温度和时间，既可以生长量子点、纳米线、纳米管，也可以生长纳米结构阵列和准薄膜。 目前我们实验室拥有上述三种技术和相关设备，因此在各种氧化物半导体材料的制备方面具有优势。结合学院已有以及将有的扫描电子显微镜、电子探针射线显微分析仪、化学气相沉积、磁控溅射、电子束蒸发、曝光机、显微探针台等设备，将在半导体器件研究方面具有更加全面的研究实力。
[ 成果来源：电子科学与技术学院 ]
