摻雜ZnO準一維超晶格納米結構制備與物性研究.pdf

1、具有超晶格結構的InMO3(ZnO)m同系物化合物，由于擁有優(yōu)良的光電性能，一直受到人們的關注。近年來，大量的InMO3(ZnO)m準一維超晶格納米線被成功制備。但是到目前為止，所有報道的此類化合物的準一維納米結構全部為非公度的超晶格納米線。如何制備形貌更為豐富、公度性更好的InMO3(ZnO)m納米結構，并且對其物理性質(zhì)進行更深入的研究將是下一步InMO3(ZnO)m超晶格納米材料研究的重點。本論文研究工作以InMO3(ZnO)m納米

2、材料為主要研究對象，從In2O3(ZnO)m平面超晶格納米帶的制備到結構表征、物理性質(zhì)研究到InGaO3(ZnO)m軸向超晶格納米線的制備與物性等幾個方面，開展了一系列工作，具體包括以下幾個方面：
　　 1.In2O3(ZnO)m平面超晶格納米帶制備與輸運性質(zhì)研究
　　 通過化學氣相沉積自組裝的方法成功制備出In2O3(ZnO)m平面超晶格納米帶。通過分析納米帶從寬面入射的選區(qū)電子衍射花樣，結合X射線的結果，我們判定出產(chǎn)

3、物中有In2O3(ZnO)m平面超晶格納米帶的生成，其中超晶格的堆垛方向沿納米帶的高度方向。并且給出了In2O3(ZnO)m單斜結構單包與ZnO六方結構單包之間的轉換關系，利用單斜結構對納米帶電子衍射花樣進行了標定。通過將所得產(chǎn)物包裹在環(huán)氧樹脂中進行切片處理，我們得到了具有超晶格結構的納米帶很截面高分辨照片，直接證明了產(chǎn)物中超晶格納米帶的生成。通過測量納米帶的I-V特性，在兩端所加電壓在-5V到+5V范圍內(nèi)，我們得到了最高達幾十微安量級

4、的電流，顯示了十分優(yōu)秀的半導體性能。
　　 2.In2O3(ZnO)m平面超晶格納米帶的喇曼性質(zhì)研究
　　 由于超晶格結構的形成改變了ZnO的局域晶體結構，從而會使其振動特性發(fā)生改變。我們對比了超晶格納米帶和沒有形成超晶格結構的In摻雜ZnO納米帶的喇曼光譜。兩者具有明顯的不同，相對于In摻雜ZnO納米帶拉曼光譜，In2O3(ZnO)m平面超晶格納米帶的拉曼光譜中出現(xiàn)了一個位于621cm-1的新的振動模式，并且屬于ZnO

5、特征振動模式的E2(high)峰變?nèi)跚易儗?。通過分析In2O3(ZnO)m的局域晶體結構，我們認為，該新的振動模式來自于In2O3(ZnO)m晶體結構中In-O層和In/Zn-O交界面處，一個O原子與三個In原子和一個Zn原子鍵連而形成的振動模式，是In2O3(ZnO)m超晶格結構的特征振動模式。
　　 3.InGaO3(ZnO)m軸向超晶格納米線的制備與發(fā)光
　　 采用化學氣相沉積自組裝的方法制備了InGaO3(ZnO

6、)m軸向超晶格納米線。高分辨透射電鏡照片顯示該納米線具有完美公度的超晶格層狀結構，每兩層In-O層間夾四層In/Zn-O層。EDS譜顯示在In/Zn-O層，有大量的In原子取代了Zn原子。我們在產(chǎn)物中還發(fā)現(xiàn)了具有完美公度的InGaO3(ZnO)5超晶格納米線。和側面向超晶格納米帶的生成。通過分析樣品的發(fā)光光譜，顯示超晶格納米線的帶邊發(fā)射位置在3.23eV附近，相比于ZnO帶隙，超晶格的帶隙變窄。
　　 4.幾種特殊形貌的ZnO納

7、米結構的制備與物性研究
　　 利用直接蒸發(fā)ZnO和In2O3混合物粉末，我們制備了ZnO納米盤/納米帶復合結構。納米盤的寬面為ZnO(0001)極性面，納米帶生長方向沿[11-20]，寬面同樣為ZnO(0001)極性面。光致發(fā)光譜顯示，因為In摻雜，ZnO帶邊發(fā)射發(fā)生紅移至409nm。在不同實驗條件下，我們得到了ZnO納米棒/納米帶的復合結構。通過蒸發(fā)ZnO和MnO2粉末，我們得到了ZnO納米塔和層狀ZnO六棱柱準陣列。X射線衍