低維ZnO材料的生長與物性研究.pdf

1、本論文以ZnO 材料為研究對像，以化學氣相沉積(CVD)為實驗手段，分別對一維ZnO 材料的六角截面形成機理、場致電子發(fā)射性能和p 型薄膜摻雜做了研究。 在對ZnO 一維材料的六角截面形成機理的研究中，我們采用無催化劑化學氣相沉積方法制備了任意取向和取向一致的ZnO 納米/微米柱陣列，以X 射線衍射來確定樣品的晶體結構和結晶性能；以掃描電鏡觀測樣品的表面形貌，通過電鏡照片發(fā)現(xiàn)，對于一般尺寸較大的ZnO 微米柱，他們的截面均呈現(xiàn)出

2、六邊形，這與其他研究小組的實驗結果一致。為了解釋這一六角截面的形成機理，我們基于能量最低原理的基礎上，遵循最大可能消除懸掛鍵的思路，搭建了ZnO 沿a‐b平面內的生長模型，這一模型很好的解釋了ZnO 六角截面的形成機理。 在ZnO 一維材料的場致電子發(fā)射性能的研究中，我們分別從發(fā)射體的尖端形貌和界面結對場發(fā)射性能的影響這兩個方面給予了討論。對任意取向的ZnO納米柱陣列樣品做場發(fā)射測量，通過對I‐V 曲線的F‐N 擬合，得到了實驗

3、測定的場增強因子。而根據(jù)經(jīng)驗公式計算得到的場增強因子卻比實驗測定值低一個數(shù)量級。這一巨大差異引起了我們的關注，通過對發(fā)射體陣列的形貌觀測，我們認為在ZnO 納米柱上真正的場發(fā)射區(qū)域僅僅是位于高電勢的一個凸角，而非整個頂端。在隨后的等面積模型模擬中，我們把位于高電勢的凸角約化為一個常見的半球形發(fā)射體頂端，通過計算發(fā)現(xiàn)，這一約化的發(fā)射體的場增強因子，其實驗值與經(jīng)驗值很接近，因此證實了我們的推測，揭示了ZnO 納米六棱柱發(fā)射體的電子發(fā)射部位與

4、其他納米管/線的顯著區(qū)別。為了研究襯底與發(fā)射體形成的截面結對場發(fā)射性能的影響，我們在相同的條件下分別在p 型和n 型Si 襯底上制備了ZnO 微米柱陣列，以原子力顯微鏡(AFM)為測試手段，分別對兩個襯底上的單根ZnO 微米柱做場發(fā)射測試。在做場發(fā)射測試之前，先對兩個異質結做I‐V 曲線測量，發(fā)現(xiàn)ZnO 微米柱與p 型襯底形成的界面結呈現(xiàn)類似于pn 結的非線性整流特性；而ZnO 微米柱與n 型襯底形成的界面結則呈現(xiàn)出線性的歐姆接觸特性。

5、在隨后的場發(fā)射測試中發(fā)現(xiàn)n 型襯底上生長的ZnO 微米柱，它的場發(fā)射電流密度也大于p 型襯底上生長的ZnO 微米柱。 對于ZnO薄膜的p型摻雜，我們采用新的外排N元素溶膠－凝膠法成功制備出高遷移率p型ZnO薄膜。該法以Zn(NO3)2 ? 6H2O為先驅物，將等摩爾的檸檬酸和乙二醇配制成溶膠，并把Zn(NO3)2 ? 6H2O溶液溶于該溶膠體系。將溶膠沉積于襯底上形成濕膜，經(jīng)過晾干和熱處理形成所需的薄膜。通過熱處理把薄膜體系內多