Na摻雜ZnO納米材料的實驗與第一性原理研究.pdf

1、眾所周知，ZnO是一種重要的寬禁帶、直接禁帶半導體，室溫下的禁帶寬度約為3.37eV，激子束縛能為60meV。近幾年，對ZnO納米結構的研究以及其潛在的廣泛應用，如在光催化、壓電效應、光電子學、光電轉換與氣敏等領域，吸引了大量科研工作者的興趣。其中，p型ZnO納米結構的制備成了開啟ZnO納米結構通向大規(guī)模應用之門的鑰匙。然而，要想獲得穩(wěn)定可到的ZnOp型導電仍然存在著很到的困難。如，摻雜元素在ZnO中有限的固溶度;ZnO本身的自補償效應

2、;雜質能級多為深能級，不易電離;p型導電的不穩(wěn)定性等。
　　基于上述考慮，本文的研究工作主要集中在通過實驗與第一性原理結合的方式對ZnO納米材料的制備和ZnO納米結構p型摻雜的實現(xiàn)以及對其機理的研究。文章主要工作包括:
　　(1)控制生長ZnO納米棒陣列。采用單開口的石英舟，通過調節(jié)反應溫度、系統(tǒng)壓強、材料生長的襯底及緩沖層種類與制備方法，尋找合適的ZnO納米棒陣列制備方法。分析提出單口石英舟生長納米材料的溫度與系統(tǒng)壓強平衡

3、理論，分析了對材料形貌的影響。
　　(2)基于溫度與壓強平衡理論，在極限條件下制備出超長微米/納米纖維?；贑VD方法制備超長納米線的事實，提出空間線狀形核新的生長機理。
　　(3)采用不同Na摻雜源分別進行了Na摻雜ZnO納米棒陣列的制備。在高溫和低溫CVD條件下，分別采用焦磷酸鈉和三磷酸鈉為Na源得到了理想的Na摻雜ZnO納米棒陣列;并對其進行了測試表征。結合第一性原理計算，通過對XRD、PL和XPS等的分析，論證Na主

4、要位于Zn替代位。理論計算結合實驗，提出了O空位可以有效提高NaZn固溶度的ZnOp型實現(xiàn)方法。
　　(4)采用高溫、低溫CVD方法結合，高溫CVD、水熱方法結合制備了Na摻雜的ZnO納米陣列同質結。
　　(5)基于溫度與系統(tǒng)壓強平衡理論，通過調節(jié)溫度與壓強，制備出了生長取向一致性好的ZnO微米梳陣列。用熱擴散As的方法第一次實現(xiàn)了單根ZnO微米梳的As摻雜p-n同質結。采用光刻和電子束蒸發(fā)技術將全As摻雜p型ZnO微米梳和