高取向ZnO納米陣列制備及光電性能研究.pdf

1、低維ZnO納米材料由于其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和性能使其在光電器件方面具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)在ZnO中摻入適量的過渡金屬離子或稀土元素可以引入新的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)性質(zhì),因此對(duì)于本征及摻雜ZnO納米材料的制備和研究具有重大的意義。本論文采用溶液法制備本征及Cu摻雜ZnO納米材料,并系統(tǒng)研究了生長(zhǎng)條件對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)和性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　ZnO薄膜的制備及研究:以石英玻璃為襯底,利用磁控濺射方法在不同濺射條件下獲得了致密、均勻的Z

2、nO薄膜。所制備的ZnO膜層晶粒尺寸在幾十納米左右。隨著濺射時(shí)間的延長(zhǎng)薄膜表面粗超度降低,在濺射初期(10min之前)薄膜的厚度增加緩慢,其數(shù)值在30nm到40nm之間,當(dāng)濺射時(shí)間為15min時(shí)厚度急劇增加到115nm,隨后薄膜厚度變化趨于穩(wěn)定。襯底溫度由室溫升高到450℃時(shí),薄膜晶粒得到細(xì)化,結(jié)構(gòu)趨于完整。
　　本征ZnO納米陣列的制備及研究:采用溶液法在附著有ZnO薄膜種子層的石英玻璃表面制備了具有不同形貌和性能的ZnO納米材

3、料。在Zn(CH3COO)2?2H2O和HMTA體系下所制備的ZnO納米柱陣列均呈明顯的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu),沿(002)方向具有非常好的擇優(yōu)取向。生長(zhǎng)時(shí)間由30min延長(zhǎng)到60min時(shí),納米柱陣列的平均長(zhǎng)度急劇增加,由0.2μm增加到2μm,隨后長(zhǎng)度穩(wěn)定在2.1μm左右。隨生長(zhǎng)溫度由80℃提高到95℃,ZnO納米柱的直徑變小,致密度升高。在空氣和O2氣氛退火處理后,紫外發(fā)射光強(qiáng)度均有所降低,可見發(fā)射光強(qiáng)度升高且發(fā)生紅移,由黃綠光向黃橙光移動(dòng)

4、。而在N2氣氛中退火時(shí),紫外發(fā)射增強(qiáng),可見發(fā)射強(qiáng)度減弱。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是由于不同氣氛的退火條件改變了與O有關(guān)的缺陷密度。
　　Cu摻雜ZnO納米材料的制備及研究:采用溶液法成功的制備了不同Cu摻雜濃度的ZnO納米材料。隨著Cu摻雜濃度由1％提高到9%時(shí),ZnO納米材料表面形貌由納米柱陣列變化到樹葉狀,最后變成相互鑲嵌在一起的片狀結(jié)構(gòu)。隨Cu摻雜濃度升高,ZnO納米材料沿(002)晶面方向的擇優(yōu)取向變差,晶格常數(shù)“a”和“c