ZnO納米材料的摻雜制備及性能研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)作為一種Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙寬禁帶半導體,以其優(yōu)異的光學、電學以及結構特性成為了繼GaN之后第三代寬禁帶半導體光電材料領域研究的熱點,并且ZnO是現今發(fā)現的納米結構最為豐富的材料之一,這些特點使得ZnO納米材料在場發(fā)射器件、傳感器、紫外激光器、太陽電池等方面均有著廣泛的應用前景。目前,由于摻雜后的ZnO具有與本征ZnO不同的新性能而在光電領域受到廣泛關注,使得對準一維ZnO納米結構的摻雜研究成為了.人們研究工作的一個重點。通

2、過在ZnO納米結構中摻入不同的元素,使得ZnO納米結構的磁、電、光等物理性能得到進一步改善,并對摻雜后的ZnO納米結構的生長機制進行深入研究,這一系統(tǒng)的研究將會擴展ZnO納米結構潛在的應用價值,并為納米材料的生長提供相關的理論基礎。
　　 我們利用二氧化錳輔助化學氣相沉積方法在硅襯底上制備出ZnO納米錐陣列,對比未利用二氧化錳輔助生長的ZnO納米線陣列,發(fā)現ZnO納米錐陣列的場致電子發(fā)射特性得到顯著的增強,具有低的開啟電場以及較

3、高的發(fā)射電流密度。分析認為,優(yōu)異的場發(fā)射特性主要是來源于ZnO納米陣列的幾何結構,即最優(yōu)的錐形結構。而對比分析納米結構陣列的生長條件,確定在制備過程中蒸發(fā)粉末源中二氧化錳的添加起到的非常重要的作用,它促使在硅襯底表面生長出取向為[0002]的ZnO過渡緩沖層,正是由于這層緩沖層的存在,才導致了ZnO米錐陣列的生成。研究結果認為,在ZnO納米材料的制備過程中,任何所摻雜的元素都會對ZnO納米結構的形貌產生影響,進而將影響ZnO納米材料的相

4、關物理性能。
　　 我們利用了高溫高壓脈沖沉積方法在硅襯底上制備了稀土元素Eu摻雜的ZnO納米線,并對摻雜了稀土Eu和ZnO納米線的結構及發(fā)光性能進行了表征,實驗表征發(fā)現在所制備的Eu摻雜ZnO納米線的頂部有合全顆粒的存在,這證實了Eu摻雜ZnO納米線的生長過程是典型的VLS機制。X射線光電子能譜證實了ZnO納米線中Eu元素的存在,而通過對其進行陰極射線致熒光光譜分析,得到了三價的稀土離子Eu的發(fā)光峰,進一步證實了Eu元素已摻入

5、到ZnO納米材料中。
　　 另外,我們在硅襯底上制備出了均勻分散的且垂直于襯底的ZnO微納柱,對其進行陰極射線致熒光光譜分析,在ZnO微納柱的單色發(fā)光像發(fā)現ZnO微納柱的整個側面上發(fā)光強度得以增強,我們將其歸因于此時的ZnO微納柱內作為基于WGM模式的諧振腔,納米材料本身所發(fā)出的光在自身體內傳播并得以增強。相應的理論計算與有限差分法模擬結果證實了在ZnO微納柱內形成的WGM光學模式的光傳導,這與我們的實驗結果是完全一致的。這也說