ZnS及其摻雜材料的低溫化學(xué)氣相沉積法制備與表征.pdf

1、ZnS是Ⅱ-Ⅵ族化合物中一種重要的直接寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下其禁帶寬度是3.7 eV，具有十分優(yōu)良的光電性能，廣泛應(yīng)用于場(chǎng)發(fā)射器、激光器、發(fā)光二極管和傳感器等光電器件。摻雜的ZnS材料具有更高的發(fā)光效率和范圍更廣的發(fā)射波長(zhǎng)，是多種熒光粉的重要基礎(chǔ)材料之一。ZnS微納米材料的很多新穎特性，使得ZnS納米材料成為當(dāng)前研究的一個(gè)焦點(diǎn)。
　　目前，大多數(shù)的制備技術(shù)都是通過高溫蒸發(fā)ZnS粉末獲得ZnS及其摻雜的納米材料，但由于ZnS的熔點(diǎn)

2、（約1700℃）很高，致使該方法所需的工作溫度較高（1000℃左右），工藝條件比較難控制，如何在低溫的條件下制備ZnS及其摻雜的納米材料成為了研究焦點(diǎn)。由于Zn粉和S粉的熔點(diǎn)較低，分別為419℃和119℃，利用兩者作前驅(qū)物制備ZnS納米結(jié)構(gòu)可以大幅降低熱蒸發(fā)溫度。本文以Zn粉和S粉為源材料，采用低溫化學(xué)氣相沉積法制備了ZnS納米顆粒、微納米球、納米線和Mn2+摻雜ZnS納米線以及Ga摻雜ZnS納米線和納米棒。對(duì)所制備的ZnS及其摻雜納米

3、材料的形貌、晶體結(jié)構(gòu)、成分和光致發(fā)光性能進(jìn)行了表征，對(duì)不同的納米結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的探討，主要的研究結(jié)果如下:
　　1、采用低溫化學(xué)氣相沉積法分別在噴Au和無(wú)Au的Si片上制備了ZnS納米顆粒和微米球。ZnS納米顆粒的生長(zhǎng)符合VS機(jī)制，而ZnS微米球的生長(zhǎng)不遵循VLS機(jī)制，對(duì)ZnS微米球的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了討論，得出了可能的生長(zhǎng)機(jī)制:Au/Si/Zn/S納米液滴形成的共晶點(diǎn)溫度可能高于450℃（反應(yīng)溫度），使納米液滴固化成Au/

4、Si/Zn/S納米粒子，生成的ZnS以該粒子為核生長(zhǎng)，最終得到了ZnS微米球;分別在450℃、550℃和650℃溫度下沉積得到了ZnS微米球、納米棒和納米線。ZnS納米棒和納米線是按VLS機(jī)制生長(zhǎng)。三組樣品在336 nm處都有一個(gè)很強(qiáng)的紫外發(fā)光峰，該峰是由ZnS帶邊激子輻射復(fù)合引起的，隨著溫度的升高，PL譜的強(qiáng)度增加;分別在60 sccm、80 sccm和100 sccm載氣流量下沉積得到了ZnS蠕蟲狀納米線、光滑納米線和伴有大量微米片

5、的納米線。在PL譜中發(fā)現(xiàn)，三組樣品在336 nm處都有一個(gè)很強(qiáng)的紫外發(fā)光峰，隨著流量的增加，PL譜的強(qiáng)度增加。同時(shí)在紫外可見光吸收光譜中發(fā)現(xiàn)，ZnS納米線在250～350 nm范圍內(nèi)可以較強(qiáng)的吸收紫外光，吸收強(qiáng)度隨著載氣流量的增加而增加。
　　2.采用低溫化學(xué)氣相沉積法制備得到Mn2+摻雜的ZnS納米線和Ga摻雜的ZnS納米線、納米棒。Mn2+摻雜ZnS納米線發(fā)出強(qiáng)度相對(duì)較弱的紅光，按VLS機(jī)制生長(zhǎng)，Mn2+摻雜對(duì)ZnS形貌的影響