ZnO納米薄膜和納米棒的制備及其摻雜改性研究.pdf

1、ZnO納米材料因具有不同于體材料的特殊性能而具有廣闊的應用前景，而制備和摻雜改性則是納米ZnO在紫外激光器、紫外探測器及透明太陽能電池電極等領域中應用的關鍵，特別是ZnO納米柱材料，因其簡單的制備工藝和較高的比表面積等特殊性能而成為當前國際學術研究熱點。在當前的研究中，關于納米ZnO的摻雜效應和一些本征發(fā)光帶等問題，仍待進一步的研究。本論文中，我們對ZnO納米薄膜及納米柱材料在摻雜前后結構、形貌、光學和電學性質的變化進行了深入的研究分析

2、。
　　（一）研究了Li摻雜對ZnO性能的影響。在眾多研究的摻雜劑中，Li因在ZnO中能形成淺受主能級而受到關注。在本論文中，我們將采用射頻磁控濺射的方法，在石英基底上制備Li摻雜的ZnO薄膜，并研究濺射參數（基底溫度和氬氣與氧氣流量比）和退火條件對Li摻雜ZnO薄膜性能的影響。結果表明磁控濺射沉積的ZnO薄膜具有六方纖鋅礦晶體結構，并沿c軸擇優(yōu)取向。當氬氣和氧氣流量比為10:1 sccm時，晶體質量得到明顯提高，同時晶粒尺寸也明

3、顯增大到818 nm。另外試驗表明磁控濺射參數對光學帶隙寬度的影響較小，所有Li摻雜ZnO薄膜都具有較寬的帶邊輻射復合紫外熒光發(fā)射帶，中心在407 nm附近。當Li摻雜ZnO薄膜的生長溫度為500 oC，argon: oxygen流量比為10:1sccm時，薄膜的霍爾測試結果為：載流子遷移率~33.3 cm2/V-s，載流子濃度~7.6×1018 cm-3，電阻率~39.7Ω·cm。
　?。ǘ┩ㄟ^水熱法制備了ZnO納米柱陣列，研

4、究了Zn和OH-反應源對ZnO納米陣列結構、形貌和光學性能的影響。結果表明，含有 HMT的羥基前驅體溶液制備的ZnO具有較強的(002)衍射峰。SEM照片顯示由HMT作為OH-源和由醋酸鋅作為鋅源可獲得高度有序的ZnO納米柱陣列。樣品的PL譜表明用HMT和醋酸鋅作為羥基和鋅反應源制備的ZnO納米柱具有強的近帶邊輻射，而且在氧氣氛圍中退火前后，ZnO近帶邊輻射(NBE)與綠光輻射(INBE/IGE)強度比值從~2.6明顯增大到~68.7。

5、
　?。ㄈ┭芯苛藛螕皆?Cu，S和N)和Cu：S和Li：N對共摻雜元素濃度對生長ZnO納米柱陣列性質的影響。ZnO納米柱陣列通過水熱法生長在石英襯底上，對于 Cu摻雜的ZnO樣品，SEM圖片顯示Cu占據 ZnO晶格后，會明顯使納米柱直徑增大，而且研究還發(fā)現隨著 Cu摻雜濃度的增加納米柱的帶邊發(fā)光峰減弱。對于S摻雜的ZnO納米柱，納米柱的長度與直徑隨S摻雜濃度的增大而增大，而且 S摻雜 ZnO納米柱對可見光區(qū)透明。對于 N摻雜的