氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的氣相合成與表征.pdf

1、ZnO作為一種新型的II-VI族直接寬禁帶半導(dǎo)體氧化物材料,與GaN的禁帶寬度和晶格常數(shù)基本相同,吸引了很多人的目光.ZnO是一種良好的光電轉(zhuǎn)換材料,也是目前已知的唯一具有半導(dǎo)體和壓電體雙重特征的材料,在微納電子器件方面具有廣闊的發(fā)展空間,如在紫外激光器、光電探測器、電容器、太陽能電池、氣體傳感器、場發(fā)射顯示器等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價值.研究者們利用多種方法制備了各種形貌的ZnO納米材料,如納米帶、納米線、納米棒、納米環(huán)、納米梳和四針

2、狀結(jié)構(gòu)等,生長溫度一般在700℃-1400℃范圍內(nèi);常見的制備方法有氣相反應(yīng)法、固相反應(yīng)法、溶膠-凝膠法、水熱法和脈沖激光沉積法等.雖然人們通過多種方法制備了不同形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu),但對ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長因素還不能完全有效地控制,制備的納米結(jié)構(gòu)形貌及各種性質(zhì)存在著很大的偶然性,對ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理也沒有深入的認(rèn)識.所以,ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備和對納米結(jié)構(gòu)生長機(jī)理的分析仍然是研究者們研究的一個重要內(nèi)容.
　　本文在對氧化鋅的

3、性質(zhì)、制備方法和測試分析手段進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上,采用激光分子束外延系統(tǒng)沉積 Zn薄膜為納米結(jié)構(gòu)的生長提供生長點和催化劑,然后分別用熱蒸發(fā)法和碳熱還原法在Zn薄膜上生長了不同形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu).
　　用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、高分辨透射電子顯微鏡和光致發(fā)光譜等測試分析手段對樣品的形貌、成分、結(jié)晶度和發(fā)光特性等進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下:
　　1.利用激光分子束外延系統(tǒng)在Si(111)襯底上沉積Zn薄膜,然后在

4、不同的生長溫度、氧氣流速和生長時間下,用熱蒸發(fā)法在制備的Zn薄膜上生長了不同形貌的ZnO納米晶須.
　　2.采用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)對樣品形貌進(jìn)行觀察;用X射線衍射(XRD)、X射線能譜分析(EDS)和傅里葉紅外吸收譜(FTIR)對樣品的結(jié)晶度和組分進(jìn)行分析;用Xe燈作為激發(fā)光源(激發(fā)波長為280nm)對樣品的光致發(fā)光(PL)特性進(jìn)行分析,得出綠光發(fā)光峰可能是由氧空

5、位引起的.根據(jù)測試結(jié)果,分析了不同生長條件下ZnO納米晶須的生長機(jī)理,以及各種生長因素對ZnO納米晶須形貌的影響.
　　3.利用激光分子束外延系統(tǒng)在Si(111)襯底上沉積 Zn薄膜,然用碳熱還原法分別在Si(111)襯底和鍍有Zn薄膜的Si(111)襯底上生長了ZnO納米顆粒和ZnO納米棒.
　　4.利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)對ZnO納米棒的形貌進(jìn)行觀察,用X