氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的制備、摻雜及其性能研究.pdf

1、ZnO是Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料,它的禁帶寬度為Eg=3.37ev,在室溫下,其激子結(jié)合能高達(dá)60meV。ZnO因具有優(yōu)異的場發(fā)射、光學(xué)、傳輸、氣敏、壓敏等特性,使其在納米激光器、單電子晶體管、紫外光探測器、室溫場效應(yīng)晶體管、場致發(fā)射平板、顯示器、化學(xué)傳感器、過流保護(hù)方面的壓敏材料、太陽能電池等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
　　 本文分別采用熱蒸發(fā)法、電化學(xué)法、水熱法三種簡單易行的制備方法制備了多種ZnO納米結(jié)構(gòu),并利用場發(fā)射掃描電子顯微

2、鏡、X射線衍射儀、場發(fā)射測試儀、熒光光譜儀分別對其結(jié)構(gòu)、形貌、場發(fā)射性能和光學(xué)性能進(jìn)行了表征,并對表征結(jié)果進(jìn)行了分析和討論。具體主要包括以下的研究內(nèi)容:
　　 采用熱蒸發(fā)法,以鋅粉為蒸發(fā)源,通過改變制備條件在硅襯底上制備出了多種形貌的一維納米ZnO,結(jié)果表明:在不同的制備條件下,制備出了陣列狀、豆芽狀、蠟燭狀、鉛筆狀等多種一維納米ZnO,陣列狀的納米ZnO有明顯的c軸擇優(yōu)生長取向,其光致發(fā)光譜中紫外峰和可見光峰的強(qiáng)度比值較大,表

3、明其結(jié)晶質(zhì)量較好；鉛筆狀的納米氧化鋅的場發(fā)射性能較好；豆芽狀納米氧化鋅的PL譜中出現(xiàn)了較強(qiáng)的綠光峰,表明其納米結(jié)構(gòu)中存在的缺陷較多。
　　 采用熱蒸發(fā)法,以鋅粉和鎂粉為蒸發(fā)源,通過改變鎂粉和鋅粉的質(zhì)量比制備出了多種不同摻雜比例的一維納米氧化鋅,鎂粉和鋅粉的質(zhì)量比分別為0％、5％、10％、15％。多種表征結(jié)果表明:Mg的摻入沒有改變ZnO的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu),但在一定程度上改變了晶體的形貌,隨著摻雜比例的增大,樣品中納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶質(zhì)量

4、變差。摻雜比例為15％的樣品的PL譜表明:其綠光峰較高,說明隨著Mg的摻雜量的增大,納米結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了較多的缺陷,并且其結(jié)晶質(zhì)量也變差。并且通過對這四個(gè)樣品PL譜的對比發(fā)現(xiàn):隨著Mg的摻入,樣品所對應(yīng)的PL譜中紫外峰的位置都出現(xiàn)了不同程度的藍(lán)移。
　　 采用自組裝的電化學(xué)裝置,以氯化鋅和氯化鉀混合溶液為電解液,通過改變KCl在溶液中的濃度在Cu襯底上制備出了多種Zn-ZnO納米結(jié)構(gòu),KCl在溶液中的濃度分別為0mol/L、0.05

5、mol/L、0.1mol/L和0.2mol/L。結(jié)果表明當(dāng)KCl在溶液中的濃度從0mol/L增加到0.1mol/L的過程中,樣品的結(jié)晶質(zhì)量逐漸變好,但當(dāng)KCl濃度增加到過高的濃度0.2mol/L時(shí),樣品的結(jié)晶質(zhì)量又開始變差,并且其納米結(jié)構(gòu)中存在較多的缺陷。最后對樹葉狀一維納米Zn-ZnO結(jié)構(gòu)的場發(fā)射特性進(jìn)行了分析研究。
　　 利用水熱法,以硝酸鋅和六次甲基四胺為反應(yīng)溶液,通過改變襯底的不同放置條件制備出了形貌差別較大的一維納米氧