激光燒蝕CVD生長(zhǎng)氧化鋅基納米結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、ZnO半導(dǎo)體材料具有特殊的物理和化學(xué)特性，而受到廣大從事納米材料研究工作者的重視。同時(shí)，隨著理論和儀器制造工藝的不斷完善，基于激光技術(shù)的氣相生長(zhǎng)方法在制備半導(dǎo)體納米材料領(lǐng)域得到了進(jìn)一步發(fā)展。本文利用激光燒蝕化學(xué)氣相沉積法和脈沖激光沉積法，探索了實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)不同ZnO納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的影響，研究不同維度的ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理和光致發(fā)光性質(zhì)。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1.研究了ZnO納米棒的激光燒蝕化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)過程，發(fā)現(xiàn)催化

2、劑厚度和溫度是影響ZnO納米棒生長(zhǎng)的重要因素。當(dāng)催化劑厚度為2nm、溫度為925℃時(shí)，在硅襯底上生長(zhǎng)出了直徑均勻的氧化鋅納米棒，并且有明顯的(002)擇優(yōu)生長(zhǎng)取向。因?yàn)橐r底和金膜之間具有動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性，使得溫度升高后，連續(xù)金膜會(huì)分裂為許多孤立的顆粒，顆粒的大小進(jìn)而影響ZnO納米棒的直徑。ZnO納米棒的生長(zhǎng)可用VLS與VS相結(jié)合的生長(zhǎng)模型描述。同時(shí)，鎂摻入使得ZnxMg1-xO非極性面生長(zhǎng)速率增加，導(dǎo)致了Zn1-xMgxO由納米棒變?yōu)榧{米帶，

3、增大了其能隙，并在其禁帶中引入了相關(guān)缺陷能級(jí)。
　　 2.通過脈沖激光沉積法在不同襯底上生長(zhǎng)了ZnO薄膜，獲得了表面平整、結(jié)晶質(zhì)量良好的ZnO緩沖層的生長(zhǎng)條件。在藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)ZnO薄膜時(shí)，發(fā)現(xiàn)通過僅讓靶材旋轉(zhuǎn)生長(zhǎng)出了較為新穎的ZnO納米橋結(jié)構(gòu);利用原位兩步生長(zhǎng)法，得到了表面較為均勻、起伏較低的ZnO薄膜。在p-Si和FTO玻璃襯底上生長(zhǎng)ZnO薄膜時(shí)，發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)是影響薄膜表面粗糙度的重要因素，生長(zhǎng)溫度和頻率則對(duì)ZnO粒子在襯底表面

4、的遷移能力有著重大影響，從而決定薄膜表面晶粒大小的均勻性。
　　 3.利用激光燒蝕化學(xué)氣相沉積技術(shù)在無催化劑輔助的藍(lán)寶石襯底上，生長(zhǎng)出了大面積、高質(zhì)量的ZnO和ZnMgO納米壁網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)研究了壓強(qiáng)、溫度、靶距等生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)Zn1-xMgxO納米棒/壁形貌和結(jié)構(gòu)的影響。通過改變壓強(qiáng)、靶距等生長(zhǎng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)了Zn1-xMgxO納米結(jié)構(gòu)維度的可控調(diào)節(jié)。由于需要較高的生長(zhǎng)壓強(qiáng)，在LACVD生長(zhǎng)ZnMgO納米壁網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的靶材中Mg組份向產(chǎn)物