ZnO及ZnO-Ag納米棒的兩步法制備研究.pdf

1、氧化鋅是一種在室溫下具有帶隙為3.37eV、激子束縛能為60meV的n型直接帶隙半導體。由于具有優(yōu)異的光學和電學性能，其在紫外發(fā)光二極管、激光器、藍綠光等多種發(fā)光器件、太陽能電池、顯示屏和照明等方面具有重要的應用前景。采用水熱法制備摻雜ZnO納米棒不僅具有如溶膠-凝膠法、射頻磁控濺射法(RF-sputtering)等常規(guī)方法制備樣品所具有的優(yōu)點，而且成本低，工藝簡單，易摻雜。此外，Ag摻雜ZnO是一種潛力很大的p型ZnO摻雜方法。本文采

2、用兩步法制備了不同形貌的純ZnO納米棒及Ag摻雜ZnO納米棒，主要采用掃描電子顯微鏡、X射線衍射、分光光度計和PL譜詳細研究了各實驗參數(shù)對ZnO納米棒和Ag摻雜ZnO納米棒形貌和光學性質(zhì)的影響。具體研究結果如下:
　　 (1)利用熱失重法詳細研究了醋酸鋅熱解為ZnO質(zhì)量和熱量隨溫度的變化趨勢。研究結果表明:Zn(CH3COO)2.2H2O分為兩步分解:第一步，失去結晶水變成無水鹽;第二步，無水鹽分解。
　　 (2)用水熱

3、法在醋酸鋅熱解法制備的ZnO種子層上生長ZnO納米棒和Ag摻雜ZnO納米棒，詳細研究醋酸鋅的不同熱解溫度和Ag離子與Zn離子的摩爾百分比（RAg/Zn）對ZnO納米棒的結構和光學性質(zhì)的影響。研究結果表明:1）所有樣品均呈現(xiàn)出ZnO-(002)、(100)、(101)、(102)、(103)、(004)特征衍射峰的六方多晶結構。ZnO納米棒都呈現(xiàn)明顯的<002>c軸擇優(yōu)取向，在350℃時結晶度達到最大。在生長過程中殘余應變隨著熱解溫度的增

4、加而變松弛，宏觀應力減小。當T≥350℃時，ZnO納米棒中的應力從拉應力向壓應力轉(zhuǎn)變。ZnO納米棒在可見光區(qū)的平均透射率偏低。平均透射率隨著熱解溫度的增加而先增大后減小，當T=350℃時，平均透射率達到最大。ZnO納米棒的平均端面尺寸隨熱解溫度的變化趨勢和平均透射率一致。2）Ag離子以替位的形式進入ZnO晶格中，ZnO納米棒的c軸擇優(yōu)取向性隨著RAg/Zn的增加而減弱。當RAg/Zn＞1.0％時，ZnO納米棒基本喪失了c軸擇優(yōu)取向。隨著

5、RAg/Zn的增加，納米棒在可見光區(qū)的平均透射率先增大后減小，吸收邊先藍移后紅移。當RAg/Zn＜1.0％時，Ag摻雜對納米棒的端面尺寸和徑向尺寸的影響可能是平均透射率提高的主導機制。
　　 (3)用水熱法在直流磁控濺射制備的摻鋁氧化鋅(AZO)種子層上生長不同形貌和光學性能的純ZnO納米棒和Ag摻雜ZnO納米棒，分別詳細研究了Ag離子與Zn離子的摩爾百分比(RAg/Zn）、AZO種子層和水熱法前后不同退火溫度（Ta）對純ZnO

6、納米棒和Ag摻雜ZnO納米棒的結構以及光學性質(zhì)的影響。研究結果表明:1）隨著RAg/Zn的增加，Ag摻雜ZnO納米棒的微結構和光學性質(zhì)的變化與銀摻雜誘導的納米棒的端面尺寸變化有關。濺射15min的AZO種子層上生長的ZnO納米棒在可見光區(qū)的發(fā)光峰明顯強于濺射10min的AZO種子層上、相同RAg/Zn條件下生長的ZnO納米棒。Ag摻雜產(chǎn)生的點缺陷增多導致可見光區(qū)PL波包較寬。2）樣品的半高寬和宏觀應力，平均端面部尺寸，平均透過率和發(fā)光強

7、度取決于水熱法前后的退火溫度。XRD結果表明，所有退火的ZnO納米棒<002>c軸擇優(yōu)取向具有相同的晶體結構，但(002)峰的強度隨退火溫度而變化，前退火生長的ZnO納米棒在Ta=300℃達到最大值，而后退火生長的ZnO納米棒在Ta=200℃達到最大值。在可見光區(qū)的平均透過率先增加后減小，隨著溫度的升高，都在Ta=300℃達到最大值。在可見光區(qū)的發(fā)光強度隨著溫度的先降低后增加。
　　 (4)對于分別用醋酸鋅熱解法和用直流磁控濺射