ZnO納米材料的制備、表征及性能研究.pdf

1、近年來(lái)，由于寬禁帶半導(dǎo)體材料在短波長(zhǎng)發(fā)光器件、光探測(cè)器和大功率電子器件方面的廣闊應(yīng)用前景而備受關(guān)注，發(fā)展十分迅速，成為研究的熱點(diǎn)。ZnO是一種非常重要的多功能 n型 II–VI直接寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料。室溫下，其禁帶寬度為3.37 eV，而且具有很大的激子束縛能和很好的熱穩(wěn)定性。ZnO作為一種應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體，其獨(dú)特的鐵電、熱電、催化和光催化特性以及在太陽(yáng)能電池、氣敏傳感器、紫外光電二極管、透明電極及光電器件方面的重要應(yīng)用，使其成為各

2、國(guó)研究的熱點(diǎn)。研究者已經(jīng)利用化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)溶液沉積法、脈沖激光沉積法、電化學(xué)法、水熱法、噴霧熱解法、熱蒸發(fā)法等制備出包括納米線、納米棒、納米晶須、納米帶、納米管和納米花等多種形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu)。
　　本文采用脈沖激光沉積和熱蒸發(fā)法制備了ZnO多種納米結(jié)構(gòu)。用X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外吸收譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)和光致發(fā)光譜(PL)等測(cè)試手段詳細(xì)的

3、分析了ZnO納米材料的結(jié)構(gòu)、組分、形貌和光致發(fā)光特性。并初步提出了核的大小影響 ZnO納米結(jié)構(gòu)的形貌的觀點(diǎn)，并對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了研究。所取得的主要研究結(jié)果如下:
　　1.利用脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)預(yù)先在藍(lán)寶石(001)襯底上制備了ZnO薄膜，在Si(111)襯底上制備了Zn薄膜。制備的ZnO和Zn薄膜將會(huì)在后面ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)過(guò)程中起到不同的作用。ZnO薄膜為ZnO四角納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)提供了生長(zhǎng)點(diǎn)，Zn薄膜則能

4、夠有效地促進(jìn)ZnO晶核的形成從而有效地促進(jìn)ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)。
　　2.利用非催化的熱蒸發(fā)的方法在沉積了ZnO薄膜的藍(lán)寶石(001)襯底上制備了四角ZnO納米結(jié)構(gòu)，在鍍Zn薄膜的Si(111)襯底上制備了多角狀的ZnO納米晶須和花束狀ZnO納米棒。用X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外吸收譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)、選取電子衍射(SAED)和光致發(fā)光譜(PL)等測(cè)

5、試手段對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。
　　3. ZnO納米結(jié)構(gòu)光學(xué)特性的研究。在室溫下，用波長(zhǎng)為325 nm的Xe燈作為激發(fā)光源激發(fā)樣品發(fā)光。多種ZnO納米結(jié)構(gòu)都只有一個(gè)紫外發(fā)光峰和一個(gè)綠光發(fā)光峰。對(duì)于紫外發(fā)光峰對(duì)應(yīng)于六方纖鋅礦ZnO納米結(jié)構(gòu)的近帶邊發(fā)射，通常認(rèn)為近帶邊發(fā)光歸因于激子輻射復(fù)合發(fā)光。而對(duì)于綠光發(fā)光峰，通常被認(rèn)為是由于深能級(jí)或缺陷態(tài)復(fù)合發(fā)光。一般認(rèn)為綠光發(fā)光源于單個(gè)電離的氧空位與價(jià)帶空穴之間的輻射復(fù)合躍遷所致。因此，我們