高質(zhì)量氧化鋅晶體的水熱法合成及其光電性能研究.pdf

1、本文研究水熱自發(fā)結(jié)晶的生長條件對ZnO晶體形貌和質(zhì)量的影響，研制用于生長較大尺寸晶體的防腐高壓釜，研究水熱有籽晶生長的條件對ZnO晶體質(zhì)量的影響，比較兩者的生長習(xí)性和生長機理，結(jié)合ZnO晶體-c面和+c面退火前后性能的研究，探索晶體中的缺陷變化對其光電性能的影響。 在溫度350℃和430℃時，自發(fā)結(jié)晶出現(xiàn)了粒度不同的多種晶體形態(tài)。礦化劑KOH濃度至3M，獲得質(zhì)量較好的長度為1.5mm的孿晶：礦化劑NaOH濃度至5M，得到長度接近

2、1mm的雙錐晶體。相對于KOH和NaOH，純LiOH堿性太弱不適于作為礦化劑；增加礦化劑濃度，提高結(jié)晶溫度，有利于提高晶體質(zhì)量；堿性礦化劑復(fù)合1M KBr后，使ZnO晶體顯露O2-的部位生長速度大大減小。 有籽晶生長出的晶體(0002)面X射線衍射搖擺曲線半波寬度FWHM(Full Width at Half Maximuml達到90弧秒。相對于純度99％的ZnO粉料，純度99.99％的ZnO粉料作營養(yǎng)料適宜于生長高質(zhì)量的晶體；

3、5M KOH礦化劑復(fù)合1M LiOH后效果更好；用水熱法生長出的ZnO晶體切割作為籽晶比用CVD法的晶體作為籽晶，生長出的晶體結(jié)構(gòu)完整性更好；提高生長溫度有助于晶體的排雜，生長出的ZnO晶體質(zhì)量更高。ZnO晶體中Fe、K、Na離子是影響晶體結(jié)構(gòu)完整性的因素，F(xiàn)e離子對晶體顏色的影響突出。ZnO晶體(0001)面的活化能比(0001)面的高，生長溫度對(0001)生長速率的影響比對(0001)面的影響要大，而KOH礦化劑濃度對兩極面生長速

4、率的影響是相近的；KOH礦化劑復(fù)合LiOH后，晶體兩極面的活化能增大，生長速率降低。水熱體系ZnO自發(fā)結(jié)晶成核可以近似采用均勻成核理論來解釋，ZnO有籽晶生長成核是不均勻成核。 水熱有籽晶生長的加溫控制和壓力檢測方式采用人造水晶工業(yè)生產(chǎn)中的方式。防腐高壓釜采用鑲嵌式襯套結(jié)構(gòu)，制造釜體的材料選用鎳鉻鈦耐熱合金，防腐內(nèi)襯選用貴金屬銀，采用爆炸法使襯套與釜體復(fù)合。反應(yīng)腔尺寸為φ60×770mm，斯特伯格自緊式密封結(jié)構(gòu)適于帶貴金屬內(nèi)襯的

5、高壓釜，加熱狀態(tài)最高壓力達到155MPa。 ZnO晶體-c面比+c面吸收大，表明-c面中較松散的價電子更多。+c面退火和未退火室溫下的光致發(fā)光紫外發(fā)光峰和綠光峰強度比值分別為4.5和0.7，表明退火充氧過程減少了由晶體中點缺陷和線缺陷引起的非本征輻射。退火使+c面的電阻率提高5個數(shù)量級，載流子遷移率降低了2個數(shù)量級，載流子濃度降低了4個數(shù)量級，使-c面的電阻率提高72％，載流子遷移率提高了75％，載流子濃度降低了35％，表明兩者