本征及In摻雜ZnO納米結(jié)構(gòu)的光電性能與應(yīng)用.pdf

1、ZnO是第三代新型半導(dǎo)體材料，一種新型的Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙半導(dǎo)體材料，因其特殊的光電特性而被譽(yù)為第三代光電子半導(dǎo)體材料，它在很多領(lǐng)域都顯示出極大的應(yīng)用前景和潛力;因此，本文旨在研究ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備及In摻雜對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響，通過噴霧熱解法、溶膠凝膠法、噴霧熱解/溶膠凝膠-水熱合成法制備ZnO及In摻雜ZnO納米結(jié)構(gòu)，通過XRD、SEM、PL譜等檢測(cè)手段測(cè)試了樣品的性質(zhì)，討論了這些實(shí)驗(yàn)條件下所制各樣品性質(zhì)產(chǎn)生的原因，推測(cè)了溶膠

2、凝膠/水熱合成法制備ZnO納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)制，討論了In摻雜對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)的性質(zhì)影響;
　　 通過電沉積法制備了純ZnO納米線，此種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以直接制備出ZnO納米線，兼有反應(yīng)溫度低，設(shè)備要求簡(jiǎn)單，條件較易達(dá)到，沉積速率高，環(huán)境友好的特點(diǎn)，適合推廣于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn);
　　 通過噴霧熱解法在ITO玻璃襯底上制備了ZnO納米薄膜，該薄膜排列緊密，結(jié)構(gòu)致密，具有良好的紫外發(fā)光特性;
　　 通過溶膠凝膠法制備了

3、六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO納米薄膜，隨著甩膜次數(shù)的增加，樣品在(002)的衍射峰變強(qiáng);甩膜次數(shù)的增加也引入了更多的氧空位缺陷，使樣品在可見光區(qū)的發(fā)光峰變多、增強(qiáng);由于多次甩膜過程中會(huì)有多次退火過程，使樣品中的鋅填隙缺陷減少，導(dǎo)電能力減弱;
　　 通過噴霧熱解-水熱合成法制備的ZnO納米結(jié)構(gòu)具有良好的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，而且隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增加，樣品的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)從(002)面向(100)面轉(zhuǎn)變，而其尺寸也隨生長(zhǎng)時(shí)間的增加而變大，但在相同的生長(zhǎng)

4、時(shí)間下，在生長(zhǎng)溶液濃度為0.03mol/L時(shí)，制備的ZnO納米結(jié)構(gòu)具有最小尺寸;而且隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增加，樣品中氧空位缺陷和鋅填隙缺陷都相對(duì)減少，導(dǎo)致其紫外發(fā)光峰增強(qiáng)、可見光區(qū)發(fā)光峰減弱，導(dǎo)電能力也變?nèi)?
　　 通過XRD結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，溶膠凝膠-水熱合成法制備的樣品都是六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，且具有沿(002)面生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，晶體尺寸隨晶種層厚度增加而增加;對(duì)于不同濃度條件下水熱合成的樣品，生長(zhǎng)溶液濃度越高對(duì)于ZnO的生長(zhǎng)促進(jìn)作用越明顯，同時(shí)

5、溶液濃度的增加會(huì)對(duì)棒狀結(jié)構(gòu)的頂端進(jìn)行反噬，使其尖端直徑變小削尖;在相同的溶液濃度時(shí)，隨著水熱合成時(shí)間的增長(zhǎng)，ZnO納米棒尺寸也會(huì)變大;在相同濃度的生長(zhǎng)溶液中得到的ZnO納米結(jié)構(gòu)樣品，決定其導(dǎo)電能力強(qiáng)弱的鋅填隙缺陷濃度主要是在溶膠凝膠法制備晶種層這一步驟中決定;鋅填隙缺陷的濃度隨溶液中Zn2+濃度的增加而增加;隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增加，反應(yīng)溶液中游離的Zn2+離子進(jìn)入到ZnO結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生了更多的鋅填隙缺陷，使導(dǎo)電能力增強(qiáng);從SEM結(jié)果中可以看到

6、不同生長(zhǎng)溶液濃度得到的ZnO納米結(jié)構(gòu)，并推測(cè)出ZnO晶體的生長(zhǎng)機(jī)制，即由管狀六棱柱到實(shí)心結(jié)構(gòu)到ZnO納米針到ZnO納米線的過程;
　　 In摻雜破壞了ZnO納米結(jié)構(gòu)沿(002)面生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，增加了沿(001)、(101)面的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，說明In摻雜后樣品產(chǎn)生了晶格畸變;In摻雜則使紫外發(fā)光峰藍(lán)移，并減弱了可見光區(qū)的發(fā)射峰強(qiáng)度，表明In摻雜導(dǎo)致的晶格畸變?cè)黾恿藰悠返膸?，減少了ZnO中的氧空位缺陷和深能級(jí)，同時(shí)增加了ZnO的導(dǎo)電能力