ZnO薄膜低溫水溶液化學(xué)法制備研究.pdf

1、ZnO是一種在光電領(lǐng)域中具有重要地位的半導(dǎo)體材料。本文開展了以Zn(NO3)2/HMT、Zn(NO3)2/NaOH、Zn(NO3)2/NH3H2O為反應(yīng)體系的水溶液化學(xué)法低溫制備ZnO薄膜的研究。分析了不同體系中的化學(xué)反應(yīng)過程及生長(zhǎng)行為，研究了襯底狀態(tài)、生長(zhǎng)溶液濃度、生長(zhǎng)時(shí)間、pH值等工藝參數(shù)對(duì)薄膜生長(zhǎng)的影響，并對(duì)薄膜柱晶等特殊形貌晶體的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了探討。開展了對(duì)水溶液生長(zhǎng)的薄膜進(jìn)行腐蝕的研究，研究了腐蝕條件對(duì)薄膜形貌的影響，并對(duì)其中

2、涉及的腐蝕機(jī)理進(jìn)行了分析。 研究表明：Zn(NO3)2/HMT生長(zhǎng)系統(tǒng)內(nèi)獲得的柱晶是c軸取向的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，薄膜的晶粒成核方式主要為異質(zhì)成核，柱晶的生長(zhǎng)方式為層-層生長(zhǎng)。生長(zhǎng)的ZnO柱晶的尺寸和尺寸分布與晶種層ZnO晶粒有著相同的變化趨勢(shì)。隨著生長(zhǎng)液濃度的增加，ZnO棒晶的平均直徑明顯增大。生長(zhǎng)體系長(zhǎng)時(shí)間放置，會(huì)導(dǎo)致二次生長(zhǎng)，形成板狀晶粒。加入NaCl后，隨著NaCl濃度從0M提高到0.1M，晶粒平均直徑從0.2μm增加到1.

3、3μm。具有特性吸附的有機(jī)助劑AcAc的加入形成了大量的金字塔狀的晶體。 Zn(NO3)2/NaOH、Zn(NO3)2/NH3H2O生長(zhǎng)體系中生長(zhǎng)的薄膜是沿(002)方向擇優(yōu)生長(zhǎng)的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。對(duì)于一定濃度的鋅離子，NaOH系統(tǒng)生長(zhǎng)的ZnO直徑在納米尺度范圍。而氨水由于[Zn(NH3)4]2+的電離平衡具有緩沖作用，可以在較大的范圍內(nèi)變化，因而可以獲得較大直徑變化的ZnO柱晶。NH3·H2O生長(zhǎng)系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)pH值來控制薄膜的

4、生長(zhǎng)。對(duì)于堿性溶液體系，ZnO合適的生長(zhǎng)溫度為70～90℃，通過調(diào)節(jié)溫度，可以改變納米棒的生長(zhǎng)速率。 對(duì)獲得的柱晶薄膜使用氨水腐蝕可以獲得新的薄膜結(jié)構(gòu)。對(duì)于給定的柱晶薄膜使用較大濃度的腐蝕溶液，可以加快柱晶的溶解速度。柱晶腐蝕過程不是生長(zhǎng)過程的簡(jiǎn)單逆過程。柱晶的腐蝕過程為：柱晶的極性面中部首先形成蝕坑，形成類管狀晶體；形成ZnO的片晶陣列。臺(tái)階的形成是腐蝕發(fā)生的動(dòng)力學(xué)條件，一定濃度的腐蝕溶液在達(dá)到腐蝕平衡后通過溶解-生長(zhǎng)機(jī)制會(huì)發(fā)