ZnO-石墨烯復(fù)合材料的制備及其光學(xué)性能研究.pdf

1、ZnO的禁帶寬度為3.37eV，是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料。在室溫下其激子束縛能高達(dá)60meV，可以實(shí)現(xiàn)激子發(fā)射，這一特性使其成為重要的發(fā)光材料。在太陽能透明電極和紫外光發(fā)光器件等方面具有很廣闊的應(yīng)用前景，因此ZnO是未來制備紫外激光器及紫外發(fā)光二極管的理想材料。石墨烯是可以看作是具有一個(gè)碳原子厚度(0.335nm)的石墨層，是由碳元素組成的類似于苯六元環(huán)的二維蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，碳原子之間的連接十分柔韌，自身結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。同時(shí)，石墨烯作為一種

2、零帶隙半導(dǎo)體材料，因其具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、力學(xué)性能等性能，從而成為最理想的雜化材料，在微電子領(lǐng)域?qū)?huì)起到重大作用。
　　本文首先采用CVD法制各不同層數(shù)的石墨烯薄膜，對(duì)石墨烯的生長(zhǎng)溫度、降溫速率和碳源通入時(shí)間三個(gè)因素進(jìn)行了逐步優(yōu)化分析。篩選出了制備單層石墨烯薄膜的優(yōu)化工藝，即生長(zhǎng)溫度為1000℃，降溫速率為快速降溫(約25℃/s)，碳源通入時(shí)間為5min。對(duì)石墨烯薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制也進(jìn)行了探討，石墨烯的生長(zhǎng)機(jī)制不僅與Cu片的催化機(jī)制

3、有關(guān)，也和降溫速率有關(guān)，即石墨烯的形成受到兩種機(jī)制的共同影響。
　　接著采用逐步單因素優(yōu)化法，在石墨烯層上用磁控濺射法制備ZnO薄膜，對(duì)過程中的四個(gè)關(guān)鍵因素:工作氣壓、射頻濺射功率、襯底溫度、氬氧流量比進(jìn)行了優(yōu)化。分析發(fā)現(xiàn)四個(gè)因素都會(huì)對(duì)ZnO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，濺射功率、氬氧流量和襯底溫度對(duì)薄膜結(jié)晶質(zhì)量的影響遠(yuǎn)大于工作氣壓，襯底溫度和氬氧流量比則對(duì)ZnO薄膜擇優(yōu)取向的影響更為顯著?？偨Y(jié)出制備ZnO薄膜的優(yōu)化工藝參數(shù)為:工作

4、氣壓:0.5Pa，濺射功率:200W，襯底溫度:150℃，氬氧流量比:35∶5。
　　最后本文分析了優(yōu)化工藝下，ZnO/石墨烯復(fù)合材料和直接在Cu片表面生長(zhǎng)的ZnO的光學(xué)性能，探究了石墨烯對(duì)ZnO光學(xué)性能的影響機(jī)理。結(jié)果顯示，石墨烯的存在不僅提高了ZnO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，而且增強(qiáng)了ZnO的發(fā)光性能。本文還研究了不同厚度的ZnO和不同層數(shù)的石墨烯復(fù)合的光學(xué)性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，濺射時(shí)間為10min的ZnO薄膜與層數(shù)為3-5層的石墨烯復(fù)合，Z