氧化锌纳米结构的气相合成与表征
ZnO作为一种新型的II-VI族直接宽禁带半导体氧化物材料,与GaN的禁带宽度和晶格常数基本相同,吸引了很多人的目光.ZnO是一种良好的光电转换材料,也是目前已知的唯一具有半导体和压电体双重特征的材料,在微纳电子器件方面具有广阔的发展空间,如在紫外激光器、光电探测器、电容器、太阳能电池、气体传感器、场发射显示器等诸多领域有着广泛的应用价值.研究者们利用多种方法制备了各种形貌的ZnO纳米材料,如纳米带、纳米线、纳米棒、纳米环、纳米梳和四针状结构等,生长温度一般在700℃-1400℃范围内;常见的制备方法有气相反应法、固相反应法、溶胶-凝胶法、水热法和脉冲激光沉积法等.虽然人们通过多种方法制备了不同形貌的ZnO纳米结构,但对ZnO纳米结构的生长因素还不能完全有效地控制,制备的纳米结构形貌及各种性质存在着很大的偶然性,对ZnO纳米结构的生长机理也没有深入的认识.所以,ZnO纳米结构的制备和对纳米结构生长机理的分析仍然是研究者们研究的一个重要内容. 本文在对氧化锌的性质、制备方法和测试分析手段进行综述的基础上,采用激光分子束外延系统沉积 Zn薄膜为纳米结构的生长提供生长点和催化剂,然后分别用热蒸发法和碳热还原法在Zn薄膜上生长了不同形貌的ZnO纳米结构. 用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和光致发光谱等测试分析手段对样品的形貌、成分、结晶度和发光特性等进行了研究。主要内容如下: 1.利用激光分子束外延系统在Si(111)衬底上沉积Zn薄膜,然后在不同的生长温度、氧气流速和生长时间下,用热蒸发法在制备的Zn薄膜上生长了不同形貌的ZnO纳米晶须. 2.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对样品形貌进行观察;用X射线衍射(XRD)、X射线能谱分析(EDS)和傅里叶红外吸收谱(FTIR)对样品的结晶度和组分进行分析;用Xe灯作为激发光源(激发波长为280nm)对样品的光致发光(PL)特性进行分析,得出绿光发光峰可能是由氧空位引起的.根据测试结果,分析了不同生长条件下ZnO纳米晶须的生长机理,以及各种生长因素对ZnO纳米晶须形貌的影响. 3.利用激光分子束外延系统在Si(111)衬底上沉积 Zn薄膜,然用碳热还原法分别在Si(111)衬底和镀有Zn薄膜的Si(111)衬底上生长了ZnO纳米颗粒和ZnO纳米棒. 4.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对ZnO纳米棒的形貌进行观察,用X射线衍射(XRD)和X射线光电子光谱(XPS)对样品的结构和成分进行分析,发现Zn薄膜中的Zn原子已经完全被氧化,证实了制备的纳米棒为六方纤锌矿结构的ZnO.讨论了ZnO纳米棒的生长机理.
氧化锌;纳米结构;气相合成;分子束外延
山东师范大学
硕士
微电子学与固体电子学
刘爱华
2012
中文
TN304.21;TB383
57
2012-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）