氧化鋅物理性質(zhì)
氧化鋅晶體有三種結(jié)構(gòu):六邊纖鋅礦結(jié)構(gòu)、立方閃鋅礦結(jié)構(gòu),以及比較罕見(jiàn)的氯化鈉式八面體結(jié)構(gòu)。纖鋅礦結(jié)構(gòu)在三者中穩(wěn)定性最高,因而最常見(jiàn)。立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)可由逐漸在表面生成氧化鋅的方式獲得。在兩種晶體中,每個(gè)鋅或氧原子都與相鄰原子組成以其為中心的正四面體結(jié)構(gòu)。 八面體結(jié)構(gòu)則只曾在100億帕斯卡的高壓條件下被觀察到。
纖鋅礦結(jié)構(gòu)、閃鋅礦結(jié)構(gòu)有中心對(duì)稱(chēng)性,但都沒(méi)有軸對(duì)稱(chēng)性。晶體的對(duì)稱(chēng)性質(zhì)使得纖鋅礦結(jié)構(gòu)具有壓電效應(yīng)和焦熱點(diǎn)效應(yīng),閃鋅礦結(jié)構(gòu)具有壓電效應(yīng)。
纖鋅礦結(jié)構(gòu)的點(diǎn)群為6mm(國(guó)際符號(hào)表示),空間群是P63mc。晶格常量中,a = 3.25 埃,c = 5.2 埃;c/a比率約為1.60,接近1.633的理想六邊形比例。在半導(dǎo)體材料中,鋅、氧多以離子鍵結(jié)合,是其壓電性高的原因之一。
氧化鋅的硬度約為4.5,是一種相對(duì)較軟的材料。氧化鋅的彈性常數(shù)比氮化鎵等III-V族族半導(dǎo)體材料要小。氧化鋅的熱穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)性較好,而且沸點(diǎn)高,熱膨脹系數(shù)低,在陶瓷材料領(lǐng)域有用武之地。
在各種具有四面體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料中,氧化鋅有著最高的壓電張量。該特性使得氧化鋅成為機(jī)械電耦合重要的材料之一。
在室溫下,氧化鋅的能帶隙約為3.3 eV,因此,純凈的氧化鋅是無(wú)色透明的。高能帶隙為氧化鋅帶來(lái)?yè)舸╇妷焊摺⒕S持電場(chǎng)能力強(qiáng)、電子噪聲小、可承受功率高等優(yōu)點(diǎn)。氧化鋅混入一定比例的氧化鎂或氧化鎘,會(huì)使能帶隙在3-4 eV之間變化。
即使沒(méi)有摻入任何其它物質(zhì),氧化鋅具有N型半導(dǎo)體的特征。N型半導(dǎo)體特征曾被認(rèn)為與化合物原子的非整比性有關(guān),而對(duì)純凈氧化鋅的研究則成為一個(gè)反例。使用鋁、鎵、銦等第III主族元素或氯、碘等鹵素可以調(diào)節(jié)其N(xiāo)型半導(dǎo)體性能。而要將氧化鋅制成P型半導(dǎo)體則存在一定的難度??捎玫奶砑觿┌ㄤ?、鈉、鉀等堿金屬元素,氮、磷、砷等第V主族元素,銅、銀等金屬,但都需要在特殊條件下才具有效用。