氧化鋅納米陣列的可控生長與性質(zhì)研究.pdf

1、氧化鋅是一種非常重要的直接帶隙Ⅱ-Ⅵ族氧合物半導(dǎo)體，具有優(yōu)異的光電性質(zhì)。ZnO禁帶寬度為3.37eV，其激子束縛能為60meV，可以實現(xiàn)室溫下的激子發(fā)射，產(chǎn)生近紫外的短波發(fā)光。ZnO的導(dǎo)電性質(zhì)具有良好的可控性，通過摻雜，ZnO的電阻率可以在10-4-1012歐姆·厘米之間變化。另外ZnO還具有很好的壓電性質(zhì)，場發(fā)射特性，化學(xué)敏感特性和光催化性質(zhì)等。納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅由于其獨特的物理特性及在光電子器件方面的巨大潛力，近些年備受研究者的關(guān)注。

2、
　　 規(guī)則排列的氧化鋅納米棒針列是目前研究最多的體系之一，它在太陽能電池、光學(xué)防反射層、納米發(fā)電機(jī)、納米紫外激光器等領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用前景。氧化鋅納米棒陣列常用的制備工藝包括水熱法沉積、化學(xué)氣相沉積、熱蒸發(fā)、電化學(xué)沉積和磁控濺射等等。其中，水熱法具有合成工藝簡單，不需要高溫或者真空條件，可以大面積生長氧化鋅納米陣列等優(yōu)點，因此受到了眾多研究者的青睞。但是從文獻(xiàn)報道的結(jié)果來看，水熱法在生長氧化鋅納米陣列時，相當(dāng)多的鋅離子在生

3、長過程中會在溶液中成核形成ZnO沉淀，只有部分離子在襯底上沉積生成納米陣列，這降低了原料的使用率。另外由于沉淀的快速生成，使得溶液中的原料很快耗盡，阻礙了氧化鋅納米陣列長度的增加，一般只能獲得1-2微米長的納米棒。如何避免生長過程中氧化鋅沉淀的生成，提高原料的利用率，得到長的氧化鋅納米陣列，對于今后氧化鋅納米棒陣列的應(yīng)用有重要意義。
　　 圍繞著氧化鋅納米棒陣列的可控制備及物性研究，在本論文中我們主要開展了如下研究工作：

4、　　 1.采用旋涂法在SnO2：F導(dǎo)電玻璃襯底上制備一層氧化鋅種子層，利用水熱法生長了氧化鋅納米棒陣列，研究了1，3-丙二胺濃度，生長溫度以及生長時間對氧化鋅納米棒陣列的影響規(guī)律。制備得到的氧化鋅納米陣列垂直襯底表面生長，生長方向為[0001]晶向。1，3-丙二胺對于納米棒陣列的形貌和長度有重要影響，隨著其含量增加，納米棒的頂部逐漸變細(xì)，最后變?yōu)榫哂屑怃J頂端的納米針，同時其長度增加。
　　 2.研究了不同形貌氧化鋅納米棒陣列的

5、場發(fā)射性質(zhì)。結(jié)果表明隨著1，3-丙二胺濃度含量的增加，制備得到的納米棒開啟電場變低，說明場發(fā)射性質(zhì)與納米棒形貌具有直接聯(lián)系。利用Flowler-Nordheim模型進(jìn)一步分析了氧化鋅納米陣列的場發(fā)射特性，結(jié)果表明具有尖端結(jié)構(gòu)的納米棒陣列具有最大的場發(fā)射增強(qiáng)因子。
　　 3.利用高分辨電鏡研究了針狀氧化鋅的微觀結(jié)構(gòu)。低分辨圖像結(jié)果表明氧化鋅納米棒的頂部為非常尖銳的針狀結(jié)構(gòu)，而納米棒的中部直徑大約在150nm左右。高分辨圖像表明納米