發(fā)布時間：2020-05-30 22:01

【摘要】：最近,低維納米ZnO半導(dǎo)體材料以其獨(dú)特的特性及未來在光電子器件、壓電子器件、納米傳感器件的應(yīng)用潛力,受到了全球相關(guān)領(lǐng)域研究人員的矚目,低維納米ZnO半導(dǎo)體材料的制備及特性研究已逐漸成為納米材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和前沿問題。 開展ZnO半導(dǎo)體材料在電子學(xué)、光學(xué)、壓電、傳感器件等的實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用研究,進(jìn)行納米ZnO半導(dǎo)體材料特別是取向納米ZnO半導(dǎo)體陣列的最佳制備工藝和方法的研究,就是納米材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域的最緊迫和最必要的研究問題。 為了找到取向ZnO納米線陣列的最佳制備工藝,研究工藝制備參數(shù)對取向ZnO納米線陣列的影響因素,本論文重點(diǎn)開展了以下研究工作: 1、以氨水溶液為反應(yīng)液,以金屬Zn片為Zn源,開展了用水熱合成工藝制備取向ZnO半導(dǎo)體納米線陣列的研究。為了研究氨水溶液濃度對ZnO納米線陣列生長形貌的影響,首先將反應(yīng)溫度控制在95℃,反應(yīng)時間定為12小時,在氨水濃度體積比分別為為4%、7%、10%和15%的條件下,對比制備出的ZnO納米線陣列樣品的TEM、XRD及PL譜,對結(jié)果進(jìn)行比較分析。 2、開展了反應(yīng)時間對取向ZnO納米線陣列形貌的影響研究。將反應(yīng)溫度控制在95℃,氨水濃度定為10%,把四個裝有相同反應(yīng)物的反應(yīng)釜放入容器中加熱,研究12、24、36、48小時實(shí)驗(yàn)時間下,制備樣品的微結(jié)構(gòu),對樣品進(jìn)行SEM表征分析,對結(jié)果進(jìn)行比較。 3、研究了氨水溶液水熱合成工藝中的反應(yīng)溫度對取向ZnO納米線陣列的影響。試驗(yàn)中,將氨水濃度控制在10%,反應(yīng)時間為12小時,反應(yīng)溫度分別控制為95℃、125℃、145℃。反復(fù)多次實(shí)驗(yàn),對不同樣品進(jìn)行SEM表征。對結(jié)果進(jìn)行比較分析。 4、對不同氨水濃度條件下制備的取向ZnO納米線陣列樣品進(jìn)行光致發(fā)光(PL)特性研究,并與采用化學(xué)氣相沉積法制備的ZnO納米線陣列的PL譜圖進(jìn)行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn),因反應(yīng)環(huán)境密閉,所選的反應(yīng)物基本為純凈物,采用水熱合成方法在金屬Zn片制備的取向ZnO納米線陣列,雜質(zhì)引入的可能性大幅度降低,制得取向ZnO納米線陣列樣品的單根納米線中雜質(zhì)能級很少,其PL譜表現(xiàn)出了極佳的單峰特性,PL譜只有因電子-空穴對形成的激子復(fù)合發(fā)光產(chǎn)生的單一紫發(fā)光峰,沒有出現(xiàn)CVD法制備ZnO納米線陣列樣品中因雜質(zhì)及缺陷導(dǎo)致的綠光峰。論文還對取向ZnO納米線陣列樣品的光致發(fā)光機(jī)理及水熱合成與CVD法制備ZnO納米線陣列樣品的PL譜特性進(jìn)行了分析。 論文研究也表明,水熱合成法制備的ZnO納米線陣列樣品,隨氨水濃度的增大,制得的納米線樣品的直徑就隨之變小,其PL譜輻射出的紫外線波長就逐漸藍(lán)移,實(shí)驗(yàn)中這個現(xiàn)象非常明顯,這一結(jié)果也正好印證了納米材料的小尺寸效應(yīng)。
【圖文】：

ZnO 屬于Ⅱ-Ⅵ族，是直帶隙半導(dǎo)體材料，通常狀態(tài)下，ZnO 的結(jié)晶體為六方鋅礦結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)分析表明，六方密堆積排列方式的鋅原子[1]，，ZnO 晶格中的 原子與近鄰的 4 個 O 原子共同構(gòu)成一個完整的四面體結(jié)構(gòu)。ZnO 晶格中的 Zn 面在（0001）晶向以 ABABAB… … 方式密堆排列，形成了兩個完全不同的（0001000-1）晶面，分別代表 Zn 極性面和 O 極性面（如圖 1.1）。Zn 極性面表現(xiàn)為帶性，O 極性面表現(xiàn)為負(fù)正電特性，正因?yàn)?ZnO 半導(dǎo)體極性面的存在，使得 ZnO 半表現(xiàn)出了非常奇特的壓電、光電特性。室溫下，ZnO 的禁帶寬度為 3.37eV，電子-空穴糾纏形成的激子束縛能為 60me個值比其室溫?zé)犭x化能（26meV）大，所以，室溫條件下，ZnO 的束縛激子得以這些特性使 ZnO 半導(dǎo)體非常適用于作藍(lán)光半導(dǎo)體器件材料。同時，與 Si、GaAN 等傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料相比，因 ZnO 半導(dǎo)體材料具有的壓電效應(yīng)[3]，熱穩(wěn)定性和化特性，使其在納米發(fā)電機(jī)[3]、半導(dǎo)體激光器、氣敏器件[5]、場發(fā)射器件、光波導(dǎo)器線性光學(xué)器件、光電子器件[5]、紫外光探測器[3]、生物傳感器以及平板顯示器件水平納米光電子器件等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用及發(fā)展前景[4-7]。

(a)氨水濃度4%，制備的一維氧化鋅納米線陣列的SEM圖
【學(xué)位授予單位】：遼寧師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TB383.1

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本文編號：2688789