氮化鋅粉末和薄膜的制備及特性研究.pdf

1、Juza和Hahn于1940年首次合成Zn3N2材料,并確定Zn3N2為黑色,具有反氧化鈧(Sc2O3)結(jié)構(gòu),一種CaF2的派生結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中N原子占據(jù)Ca原子的位置,而Zn原子占據(jù)3/4 F原子的位置。此后的50余年對(duì)Zn3N2材料的研究一直處于停頓狀態(tài)。Kuriyama等人1993年制備出多晶Zn3N2薄膜,該薄膜具有與氧化鋅相近的光學(xué)帶隙(3.2eV)。Partin等人1997年報(bào)道了氮化鋅的結(jié)構(gòu)。Futsuhara等人于19

2、98年研究了Zn3N2薄膜的結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。該薄膜具有較小的光學(xué)帶隙(1.23eV)。同年,Futsuhara等人還制備出ZnxOyNz薄膜。隨著N元素的增加,該膜的光學(xué)帶隙從3.26eV減小到2.30eV。 最近,浙江大學(xué)王超等將Zn3N2薄膜氧化處理,在退火溫度為350~500℃時(shí)得到p型ZnO：N膜,但是當(dāng)退火溫度超過(guò)550℃時(shí)得到n型ZnO膜。東北師范大學(xué)Wang等用Zn3N2薄膜直接熱氧化得到p型ZnO：N膜,并首次制備

3、出Zn3N2/n-Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),測(cè)量到了p-n結(jié)的整流特性。 綜上所述,目前對(duì)Zn3N2材料的認(rèn)識(shí)還很少,連Zn3N2材料的光學(xué)帶隙仍爭(zhēng)論不休,至今尚無(wú)定論。因此,Zn3N2材料的許多性質(zhì)有待研究和揭示。 本文中,首次用純鋅粉末與高純氨氣在高溫下直接反應(yīng)制備氮化鋅粉末,較系統(tǒng)地研究了氮化鋅粉末的最佳制備條件、結(jié)構(gòu)、成分、表面形貌和微結(jié)構(gòu)。首次用計(jì)算機(jī)模擬了氮化鋅的晶體結(jié)構(gòu)。首次研究了氮化鋅粉末在空氣、氮?dú)夂腿ルx子水中的熱穩(wěn)定性。首次以

4、氮化鋅粉末壓制的圓盤為靶材,高純氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體,用磁控濺射法在硅和石英襯底上制備出高質(zhì)量的氮化鋅薄膜,研究了不同制備條件下氮化鋅薄膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。 XRD譜表明高質(zhì)量氮化鋅粉末的最佳制備條件是：NH3氣流量為500ml/min、氮化溫度為600℃和氮化時(shí)間為120min。在該條件下制備的氮化鋅粉末是體心立方,具有沿a方向滑移a/2距離的Ia(？)空間群結(jié)構(gòu),其晶格常數(shù)a為0.9769nm。溫度低于500℃時(shí)不發(fā)生氮化反應(yīng),低于5