ZnOT和ZnMgO納米材料的水熱法制備及性能研究.pdf

1、作為一種直接帶隙結(jié)構(gòu)的Ⅱ-Ⅵ族新型寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下ZnO的禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV。另外，ZnO還具有原料豐富、成本低廉、自然環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，使其在紫外光電領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。低維ZnO納米材料因其獨(dú)特形貌結(jié)構(gòu)和優(yōu)異特性，引起了全球科研人員的極大關(guān)注。雖然對(duì)ZnO納米材料的研究已經(jīng)開展了許多，并取得了可喜的成果，但于不同納米結(jié)構(gòu)ZnO的可控合成、摻雜調(diào)控及器件制備等方面仍存在許多困惑。
　　 本文

2、工作利用水熱法合成制備出不同形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu)材料，包括一維梭形ZnO納米材料和一維ZnO納米棒陣列材料，以及用水熱法合成Mg摻雜ZnO基納米陣列材料。同時(shí)，對(duì)材料的性能進(jìn)行了各種表征測(cè)試分析。主要研究結(jié)果概述如下：
　　 (1)利用水熱法在一定反應(yīng)條件下所制備的一維ZnO納米梭材料，形貌高度一致、尺寸十分均勻，且工藝穩(wěn)定可靠，可批量重復(fù)性合成制備。通過對(duì)一維ZnO納米梭的水熱反應(yīng)機(jī)理及形核長(zhǎng)大機(jī)制分析得出，ZnO納米梭的形成

3、是由于隨反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，溶液中PH升高，使ZnO端部部分分解導(dǎo)致的結(jié)果。
　　 (2)采取襯底懸浮放置的方式，合成制備得到一維ZnO納米陣列材料。經(jīng)過工藝優(yōu)化和研究分析，最終得到最優(yōu)實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括：1)襯底放置采用懸浮放置，并保持長(zhǎng)有籽晶層面朝下與溶液接觸的方式；2)溶液濃度位于0.025mol/L附近；3)反應(yīng)溫度范圍介于90℃到95℃之間；4)反應(yīng)時(shí)間范圍介于12h到24h之間；5)籽晶層制備方式采用脈沖激光沉積(PLD)法制備

4、。綜合上述最優(yōu)工藝參數(shù)所合成制備的一維ZnO納米陣列材料結(jié)晶性能良好、形貌規(guī)則、尺寸均勻，并具有良好的c軸擇優(yōu)取向特性。
　　 (3)利用水熱法在事先經(jīng)PLD法制備的ZnO籽晶層低阻Si襯底上，于特定條件下合成出不同Mg摻雜含量的Zn1-xMgxO納米棒陣列。在準(zhǔn)平衡態(tài)的生長(zhǎng)環(huán)境條件下，由于熱動(dòng)力學(xué)因素的限制，所能得到的最高M(jìn)g摻雜含量為0.04。測(cè)試分析結(jié)果顯示，水熱法合成制備的Zn1-xMgxO納米棒陣列尺寸均勻、取向良好、

5、端面規(guī)則，為結(jié)晶性能良好的單晶材料，并具有c軸擇優(yōu)取向。近帶邊紫外發(fā)射峰為主要發(fā)光峰，且峰位隨Mg摻雜含量由0增高到0.04時(shí)，室溫下帶邊發(fā)射峰位也由378nm偏移到373nm。同時(shí)Mg摻雜含量0.04的樣品中，于470nm附近出現(xiàn)一個(gè)其他樣品所不存在的微弱藍(lán)綠發(fā)射峰。該峰的出現(xiàn)可能由Mg原子處在Zn間隙位導(dǎo)致能級(jí)由淺施主態(tài)向深受主態(tài)變化引起。由Zn1-xMgxO納米棒陣列基光探測(cè)器的Ⅰ-Ⅴ特性曲線測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Mg摻雜含量由x=0增高到x