氧空位工程调控氧化锌薄膜电学与介电性能：阻抗与光谱分析证据

【编辑推荐】本研究通过喷雾热解法在叉指电极上沉积非化学计量ZnO0.99薄膜，结合XRD/SEM/XPS表征证实氧空位(VO)可优化电荷传输机制。阻抗谱显示VO作为浅施主降低活化能，使介电损耗峰向高频移动，实现非德拜弛豫(Non-Debye relaxation)增强，为电子器件/传感器设计提供新策略。

　　

Highlight

氧空位在调控金属氧化物（尤其是氧化锌ZnO）的功能行为中扮演关键角色。本研究通过喷雾热解法在叉指电极上沉积非化学计量ZnO_0.99薄膜，结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析，证实了缺陷构建及其引发的微观结构变化。阻抗谱显示ZnO_0.99比化学计量ZnO具有更优异的电荷传输能力。

Results and discussions

SEM图像揭示ZnO_0.99（x=0.1）呈现更分散的纳米颗粒形态，这种结构变化直接关联氧空位诱导的电荷重组。电化学阻抗谱(EIS)显示氧空位将电阻降低2个数量级，介电常数提升3倍。特别值得注意的是，介电损耗峰向高频移动的现象，揭示了载流子迁移率增强的微观机制。

Conclusion

氧空位工程使ZnO_0.99获得显著提升的载流子浓度（达10¹⁸ cm^-3）和降低的活化能（0.12 eV）。这种缺陷调控策略为开发高性能电子器件、传感器和热电材料提供了新思路，其中非德拜弛豫行为尤其适用于高频应用场景。