ZnO納米薄膜和納米棒的制備及其摻雜改性研究.pdf

1、ZnO納米材料因具有不同于體材料的特殊性能而具有廣闊的應(yīng)用前景，而制備和摻雜改性則是納米ZnO在紫外激光器、紫外探測(cè)器及透明太陽能電池電極等領(lǐng)域中應(yīng)用的關(guān)鍵，特別是ZnO納米柱材料，因其簡(jiǎn)單的制備工藝和較高的比表面積等特殊性能而成為當(dāng)前國(guó)際學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn)。在當(dāng)前的研究中，關(guān)于納米ZnO的摻雜效應(yīng)和一些本征發(fā)光帶等問題，仍待進(jìn)一步的研究。本論文中，我們對(duì)ZnO納米薄膜及納米柱材料在摻雜前后結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)的變化進(jìn)行了深入的研究分析

2、。
　　（一）研究了Li摻雜對(duì)ZnO性能的影響。在眾多研究的摻雜劑中，Li因在ZnO中能形成淺受主能級(jí)而受到關(guān)注。在本論文中，我們將采用射頻磁控濺射的方法，在石英基底上制備Li摻雜的ZnO薄膜，并研究濺射參數(shù)（基底溫度和氬氣與氧氣流量比）和退火條件對(duì)Li摻雜ZnO薄膜性能的影響。結(jié)果表明磁控濺射沉積的ZnO薄膜具有六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，并沿c軸擇優(yōu)取向。當(dāng)氬氣和氧氣流量比為10:1 sccm時(shí)，晶體質(zhì)量得到明顯提高，同時(shí)晶粒尺寸也明

3、顯增大到818 nm。另外試驗(yàn)表明磁控濺射參數(shù)對(duì)光學(xué)帶隙寬度的影響較小，所有Li摻雜ZnO薄膜都具有較寬的帶邊輻射復(fù)合紫外熒光發(fā)射帶，中心在407 nm附近。當(dāng)Li摻雜ZnO薄膜的生長(zhǎng)溫度為500 oC，argon: oxygen流量比為10:1sccm時(shí)，薄膜的霍爾測(cè)試結(jié)果為：載流子遷移率~33.3 cm2/V-s，載流子濃度~7.6×1018 cm-3，電阻率~39.7Ω·cm。
　?。ǘ┩ㄟ^水熱法制備了ZnO納米柱陣列，研

4、究了Zn和OH-反應(yīng)源對(duì)ZnO納米陣列結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，含有 HMT的羥基前驅(qū)體溶液制備的ZnO具有較強(qiáng)的(002)衍射峰。SEM照片顯示由HMT作為OH-源和由醋酸鋅作為鋅源可獲得高度有序的ZnO納米柱陣列。樣品的PL譜表明用HMT和醋酸鋅作為羥基和鋅反應(yīng)源制備的ZnO納米柱具有強(qiáng)的近帶邊輻射，而且在氧氣氛圍中退火前后，ZnO近帶邊輻射(NBE)與綠光輻射(INBE/IGE)強(qiáng)度比值從~2.6明顯增大到~68.7。

5、
　　（三）研究了單摻元素(Cu，S和N)和Cu：S和Li：N對(duì)共摻雜元素濃度對(duì)生長(zhǎng)ZnO納米柱陣列性質(zhì)的影響。ZnO納米柱陣列通過水熱法生長(zhǎng)在石英襯底上，對(duì)于 Cu摻雜的ZnO樣品，SEM圖片顯示Cu占據(jù) ZnO晶格后，會(huì)明顯使納米柱直徑增大，而且研究還發(fā)現(xiàn)隨著 Cu摻雜濃度的增加納米柱的帶邊發(fā)光峰減弱。對(duì)于S摻雜的ZnO納米柱，納米柱的長(zhǎng)度與直徑隨S摻雜濃度的增大而增大，而且 S摻雜 ZnO納米柱對(duì)可見光區(qū)透明。對(duì)于 N摻雜的