半導(dǎo)體ZnO新型納米結(jié)構(gòu)的理論與實驗研究.pdf

1、近幾年，人們對納米材料的合成興趣越來越大。其中，半導(dǎo)體就是最有吸引力的功能納米器件材料之一。合成半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的多種技術(shù)已經(jīng)被報道。特別是在室溫下具有3.37 eV的寬帶隙的氧化鋅已引起人們的注意，因為它在紫外光發(fā)光器件方面有潛在的應(yīng)用。該納米結(jié)構(gòu)在光電子學(xué)，微電子學(xué)，生物醫(yī)學(xué)科學(xué)方面有潛在的應(yīng)用：如發(fā)光二極管，納米激光器件，光傳感器和氣體傳感器，變頻器，染料敏化太陽能電池，變阻器和光催化劑?，F(xiàn)在，尋找氧化鋅新的結(jié)構(gòu)，性能和應(yīng)用已成為最

2、重要的領(lǐng)域之一。使用有效的表征技術(shù)在確定制備納米結(jié)構(gòu)的最佳條件和確保高納米結(jié)構(gòu)的質(zhì)量上是必不可少的。氧化鋅的摻雜這個研究課題引起了相當(dāng)大的興趣，但討論仍然有限。氧和硫由于有類似的電子層結(jié)構(gòu)，它們有許多共同的物理和化學(xué)特性。氧化鋅攙雜硫能改善其電學(xué)和光學(xué)性能，因為大的電負性及硫和氧元素大小的區(qū)別。另外，因為硫化鋅比氧化鋅的帶隙較大，可能需要帶隙設(shè)計。 在這篇論文里，通過化學(xué)氣相沉積的方法合成了多種氧化鋅和硫摻雜氧化鋅納米結(jié)構(gòu)。這些

3、納米結(jié)構(gòu)合成在硅，石英和鐵合金基片上，并研究了它們的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。氧化鋅和硫化亞鐵被分別用作鋅源和硫源。這些化合物被證明是化學(xué)氣相沉積方法的良好源材料。當(dāng)我們在源材料中增加硫化亞鐵的濃度時，硫在合成物中的含量也相應(yīng)增加。我們的研究工作表明，這些納米結(jié)構(gòu)的形貌取決于源的溫度，沉積溫度，氬氣的流速，源材料之間的比率以及基底的性質(zhì)。在實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了這些納米結(jié)構(gòu)成長的過程。它主要包含如下四個部分： ● 合成了部分硫摻雜的三片

4、面的對稱羽毛狀氧化鋅納米結(jié)構(gòu)。產(chǎn)物是不用催化劑一步合成的。合成的樣品有近相同的納米結(jié)構(gòu)形態(tài)，雖然這些樣品含有不同濃度的硫（1.55原子百分比和10.48原子百分比）。我們的研究表明，該樣品的莖部是硫摻雜的，而牙齒部分則沒有。這些合成的納米結(jié)構(gòu)都是纖鋅礦單晶結(jié)構(gòu)。室溫光致發(fā)光（PL）光譜合成的產(chǎn)品在紫外，藍光和綠光發(fā)射區(qū)呈現(xiàn)三個PL峰。硫攙雜使這些峰都移向高能區(qū)域。 ● 合成了ZnO:S/ZnO（硫攙雜絲帶與氧化鋅納米齒）納米鋸

5、異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在400-450℃生長溫度范圍得到了最佳的選擇和最高密度的納米鋸。我們的研究表明，該薄帶是硫摻雜的氧化鋅，而牙齒部分只有氧化鋅。在不同的生長溫度，我們也實驗得到了納米棒，納米飛機，納米帶和表面光滑的納米尖狀結(jié)構(gòu)。納米鋸的光致發(fā)光譜表明，在室溫下它有比不攙雜的純氧化鋅粉末更強的可見光發(fā)射帶。納米鋸異質(zhì)結(jié)構(gòu)的強可見光發(fā)射帶可能在未來的紫外線受激熒光粉以產(chǎn)生明亮、寬廣的可見光方面有用。 ● 合成了ZnO:S/ZnO六片狀納

6、米轉(zhuǎn)子異質(zhì)結(jié)構(gòu)。我們設(shè)計了一系列的實驗調(diào)查生長溫度，生長時間以及做為起始原料的氧化鋅和硫化亞鐵的比例對實驗結(jié)果的影響。獲得納米轉(zhuǎn)子的最佳條件；生長溫度：400-425 ℃范圍之間；生長時間：100分鐘以及氧化鋅和硫化亞鐵的比例為1:1。每個納米轉(zhuǎn)子異質(zhì)結(jié)構(gòu)由一個納米線核心與從這個核心向外產(chǎn)生的分支構(gòu)成。我們的研究表明，納米線核心部分是硫攙雜的氧化鋅，納米棒部分則只有氧化鋅。此外，用紫外可見光譜測算了納米轉(zhuǎn)子的激子吸收峰。納米轉(zhuǎn)子的光致發(fā)

7、光譜比不攙雜的純氧化鋅粉末有更強的可見光發(fā)射帶。在我們的實驗中，我們發(fā)現(xiàn)該納米結(jié)構(gòu)的硫含量與基底和源料之間的距離非常敏感。由于在氧存在的條件下硫元素是非常活潑的，在源和襯底的距離增大時，由于與剩余的氧氣反應(yīng)，硫部分的氣壓將會急劇減少。因此，我們可以簡單地通過調(diào)節(jié)基底和源材料之間的距離在一定程度上調(diào)節(jié)納米結(jié)構(gòu)的硫含量。 ● 通過退火硫化鋅摻雜聚乙二醇合成了多孔和高度多孔氧化鋅球形微粒。純硫化鋅在約600 ° с溫度退火獲得了氧化