ZnO納米材料的制備、摻雜及性能研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種直接寬帶隙化合物半導(dǎo)體材料,其室溫禁帶寬度為3.37 eV,激子束縛能高達(dá)60 meV,其激子能夠在室溫及以上溫度下穩(wěn)定存在,是制備半導(dǎo)體激光器(LDs)、發(fā)光二極管(LEDs)的理想材料.ZnO還是現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的納米結(jié)構(gòu)最為豐富的材料;ZnO的納米結(jié)構(gòu)在制備納米光電子器件和納米電子器件方面有很好的應(yīng)用價(jià)值;另外,ZnO的納米結(jié)構(gòu)還可以在場(chǎng)發(fā)射、醫(yī)療、生物傳感等領(lǐng)域得到應(yīng)用. 為實(shí)現(xiàn)納米ZnO在微納電子器件和發(fā)

2、光器件方面的應(yīng)用,首先需解決納米材料的非金屬催化劑可控生長(zhǎng).在此基礎(chǔ)上,對(duì)材料進(jìn)行有目的的元素?fù)诫s,提高ZnO納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性及穩(wěn)定性.本文以熱蒸發(fā)法實(shí)現(xiàn)了納米ZnO的非金屬催化劑生長(zhǎng),分析其生長(zhǎng)機(jī)理.在此基礎(chǔ)上,采用Ga、In對(duì)ZnO納米材料摻雜,深入探討了摻雜元素對(duì)納米結(jié)構(gòu)的形貌、微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能等的影響.所做的主要工作如下: (1)結(jié)狀.ZnO微納米棒和ZnO納米釘?shù)闹苽浼氨碚?采用醋酸鋅作為自催化劑、通過(guò)改變02流量,制

3、備得到了輻射狀的多結(jié)狀ZnO微納米棒,探討了此結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理及氧氣流量對(duì)納米結(jié)構(gòu)形貌的影響.隨后,在Ga、In輔助作用下生長(zhǎng)出準(zhǔn)陣列的ZnO納米釘結(jié)構(gòu),研究了襯底位置對(duì)形貌的影響,討論了該結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理,并對(duì)摻雜元素在生長(zhǎng)過(guò)程中所起作用進(jìn)行了初步分析. (2)生長(zhǎng)了Ga摻雜的準(zhǔn)陣列ZnO納米棒,XPS測(cè)試顯示Ga,以Ga-O鍵形式存在,光學(xué)性能研究表明束縛在中性Ga施主上的激子的附加束縛能是18.1 meV,并由此推算出Ga的施

4、主能級(jí)約為60 meV,解釋了其室溫PL譜帶邊發(fā)光峰的紅移現(xiàn)象.初步研究了摻Ga樣品的場(chǎng)發(fā)射性能,其開(kāi)啟場(chǎng)強(qiáng)2.3V/μm,閾值場(chǎng)強(qiáng)為8.5V/μm,簡(jiǎn)要分析了影響測(cè)試結(jié)果的主要因素. (3)In摻雜的層狀結(jié)構(gòu)ZnO納米棒的生長(zhǎng)及表征.分析認(rèn)為摻入的In在表面的團(tuán)聚現(xiàn)象導(dǎo)致大量位錯(cuò)的出現(xiàn)是產(chǎn)生層狀結(jié)構(gòu)的直接原因.樣品的室溫PL譜顯示出很強(qiáng)的綠光發(fā)光峰,變溫PL譜的研究表明此綠光峰由三個(gè)發(fā)光機(jī)制不同的缺陷峰疊加而成.In的摻入產(chǎn)生