ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備及其表征.pdf

1、ZnO作為一種應(yīng)用廣泛的直接寬帶隙(3.36eV，300K)半導(dǎo)體，其優(yōu)異的光電性能伎其成為了近十年來各國研究的熱點(diǎn)。室溫下其激子結(jié)合能為60meV，具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=0.3249nm，c=0.5206nm。傳統(tǒng)上ZnO是一種具有很大壓電系數(shù)的壓電材料，但自上世紀(jì)九十年代末以來，ZnO作為光電材料的研究迅速興起，同時(shí)ZnO納米材料的研究也是蓬勃發(fā)展。利用ZnO制造出了表面聲學(xué)波器件(SAW)。因?yàn)槠浠谘蹩瘴坏奶厥鈱?dǎo)電機(jī)制

2、，ZnO還可以用于氧氣傳感器。像氧化銦和氧化錫一樣，ZnO在可見光區(qū)域是透明的，而且適當(dāng)摻雜如摻鋁后可以導(dǎo)電，這種特性被廣泛研究用于平板顯示器和太陽能電池的透明導(dǎo)電電極。其結(jié)構(gòu)和晶格尺寸和另一種重要的第三代化合物半導(dǎo)體GaN非常接近，因此二者可以互為緩沖層或襯底，這更拓展了ZnO的應(yīng)用范圍。與其它寬禁帶半導(dǎo)體材料相比，ZnO具有眾多優(yōu)點(diǎn)，ZnO研究的突破，極有希望解決半導(dǎo)體照明、紫外半導(dǎo)體激光器等多種技術(shù)的瓶頸。 本文采用射頻磁

3、控濺射技術(shù)和熱氧化法在未拋光的Si襯底上制備了ZnO、Au薄膜，在此基礎(chǔ)上利用熱蒸發(fā)Zn源直接氧化法在石英、Si/Au襯底上制備了多種形貌的ZnO納米結(jié)構(gòu)，對(duì)其結(jié)構(gòu)、形貌、組分和發(fā)光特性進(jìn)行了深入的分析和研究，并對(duì)其發(fā)光機(jī)制和生長機(jī)制進(jìn)行了初步探索。研究了退火時(shí)間、退火溫度對(duì)其形貌及其結(jié)晶度的影響。研究的主要結(jié)果如下： 1.利用磁控濺射技術(shù)與熱退火技術(shù)在Si(111)襯底上制備了ZnO、Au薄膜。實(shí)驗(yàn)過程中我們研究了退火溫度、退

4、火時(shí)間對(duì)ZnO、Au薄膜形貌的影響，制備了結(jié)晶質(zhì)量不太好的ZnO多晶薄膜和Au薄膜。此ZnO、Au薄膜與已經(jīng)制備好的Au納米點(diǎn)陣對(duì)后期的ZnO納米結(jié)構(gòu)生長起到了比較重要的作用。 2.采用直接熱蒸發(fā)Zn源的方法在各種襯底上生長了多種ZnO納米結(jié)構(gòu)。我們?cè)谖磼伖釹i(111)襯底、SiO2襯底、Si/Au襯底、Au納米點(diǎn)陣上進(jìn)行了熱蒸發(fā)Zn源生長ZnO納米結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)，分別制備出了棒狀、線狀、花狀、荷葉狀、四/五足狀和蒲公英狀等多種形

5、貌的ZnO納米結(jié)構(gòu)。 3.ZnO納米結(jié)構(gòu)光學(xué)特性的研究。在室溫下，用波長為325nm的光激發(fā)樣品表面，出現(xiàn)了386nm和505nm兩處發(fā)光峰。對(duì)于中心位于386nm發(fā)光峰對(duì)應(yīng)于六方ZnO納米結(jié)構(gòu)的近帶邊發(fā)射，通常此近帶邊發(fā)光峰歸功于激子輻射復(fù)合發(fā)光。而對(duì)于中心位于505nm左右是強(qiáng)的寬綠色發(fā)光帶，通常被認(rèn)為是由于深能級(jí)或缺陷態(tài)復(fù)合發(fā)光。Vamheusden等人認(rèn)為綠色發(fā)光帶源于單個(gè)電離的氧空位與價(jià)帶空穴間的輻射復(fù)合躍遷。所以筆者