兩步法制備的ZnO納米棒陣列及其光學(xué)特性研究.pdf

1、采用兩步法制備ZnO納米棒陣列，先用磁控濺射在Si(100)表面生長(zhǎng)一層ZnO籽晶層，再利用液相法制備空間取向高度一致的ZnO納米棒陣列。我們采用的工藝很好地解決了由于低溫導(dǎo)致結(jié)晶質(zhì)量不好的問(wèn)題，不僅具有操作簡(jiǎn)單、生長(zhǎng)時(shí)間短、成本低、清洗方便、重復(fù)率高和紫外發(fā)光強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，而且有利于納米棒在器件上的應(yīng)用。本文分析了豎直放置襯底時(shí)兩步法制備納米棒的生長(zhǎng)機(jī)制，討論了一些影響因素。對(duì)退火對(duì)ZnO納米棒光致發(fā)光的影響和其發(fā)光原因進(jìn)行了探討。

2、 第一章首先在對(duì)納米材料和納米技術(shù)進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)之上，對(duì)各種ZnO納米棒制備技術(shù)加以對(duì)比，引出本文采用的兩步法技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)分析對(duì)比兩步法中不同制備籽晶層的方法，指出磁控濺射制備籽晶層的可行性和巨大的優(yōu)勢(shì)。 第二章主要介紹了ZnO的基本性質(zhì)和本文實(shí)驗(yàn)中所用到的制備方法和表征。ZnO材料和ZnO納米棒的性質(zhì)，包括基本性質(zhì)、本征缺陷、納米棒溶液反應(yīng)過(guò)程、光學(xué)性質(zhì)和基于納米棒的器件。然后對(duì)本文用到的制備方法和儀器做以介紹。最后對(duì)實(shí)

3、驗(yàn)中用到的表征和分析手段的基本原理和常用知識(shí)加以介紹。為下文制備納米棒和分析做了鋪墊。 第三章采用先在襯底上制備一層均勻的ZnO籽晶層、然后放置到合適的水溶液中制備得到空間取向高度一致的ZnO納米棒陣列。FESEM和XRD表征證明納米棒沿c軸擇優(yōu)生長(zhǎng)。HRTEM和選取電子衍射都表明ZnO納米棒優(yōu)異的結(jié)晶質(zhì)量。PL表明納米棒具有強(qiáng)的紫外發(fā)光和非常弱的可見(jiàn)光區(qū)發(fā)光。在納米棒生長(zhǎng)初期先生長(zhǎng)出新的晶核，然后在晶核的基礎(chǔ)上沿著(0001)

4、方向生長(zhǎng)，整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程是準(zhǔn)平衡態(tài)生長(zhǎng)。討論了豎直生長(zhǎng)放置襯底時(shí)可能的生長(zhǎng)機(jī)制。在生長(zhǎng)過(guò)程中，納米棒的直徑和長(zhǎng)度隨著生長(zhǎng)時(shí)間和濃度的增加而增加，且長(zhǎng)度與濃度呈線(xiàn)性關(guān)系增加；直徑和長(zhǎng)度隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增加而增加，但增加速度減慢。最后分析了襯底放置方式對(duì)生長(zhǎng)納米棒的影響，指出豎直放置襯底不但可以得到垂直于襯底的納米棒，而且容易清洗，比水平放置更適合于器件應(yīng)用。第四章研究了不同溫度、氣氛下退火對(duì)ZnO納米棒PL譜的影響，探討了不同退火溫度段下紫外

5、發(fā)光強(qiáng)度變化和可見(jiàn)光區(qū)發(fā)光強(qiáng)度與峰位發(fā)生變化以及紫外發(fā)光的原因。結(jié)果表明，橘紅光和綠光分別由氧填隙和氧空位造成。在空氣中退火，最佳退火溫度為400℃，低于400℃時(shí)，紫外發(fā)光強(qiáng)度隨著退火溫度增加而增加，這是由于隨著退火溫度的升高，H<,2>O，O-H和N-H不斷蒸發(fā)裂解造成，而且N-H對(duì)發(fā)光影響非常大。在高于400℃時(shí)，紫外發(fā)光強(qiáng)度隨著退火溫度增加而減弱是由于形成不同的本征缺陷。但是，在不生成本征缺陷的情況下，紫外發(fā)光強(qiáng)度隨著退火溫度升