氧化鋅納米結構的可控生長及發光性質的研究.pdf

1、由于人們對納米科技的重視日益提高，使得納米科技取得了長足的進步，并和分子生物技術以及信息產業化技術一道共同發展，成為了二十一世紀的三項最有發展前景的科學技術。納米科技已經發展成為一個綜合性、跨學科的重要學科，它在物理、化學、材料、生物以及醫學等方面都有應用，并為許多傳統學科帶來了新的發展活力。處在納米尺寸的物質會展現出與宏觀物質不同的性質，例如:表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等等。因此，納米材料會展現出和普通尺寸材

2、料不同的力、熱、電、光等方面的性質。隨著全球信息化產業步伐的加快，以光電子和微電子為基礎的通信技術得到了前所未有的發展。其中，半導體激光器的作用尤為突出，它作為光通信范圍內最不可忽視的主要光源，具有質量輕，體積小，壽命長，制備簡單以及成本低廉等優勢，由于具備以上的優勢特點，使得它可以大面積應用于激光打印、高密度光存儲、光陀螺、雷達以及測距等與人們生產生活密切相關的領域。氧化鋅(ZnO)是一種直接寬帶隙半導體材料，其禁帶寬度為3.37 e

3、V，室溫下的激子結合能高達60 meV，遠遠大于室溫熱能(26 meV)，是目前有效實現室溫下紫外激子發光和激光的材料之一。同時，ZnO還具有儲量豐富，安全無毒，納米結構容易制備等特點，是真正的環境友好型材料。尤其是一維ZnO納米結構，它是一種單晶結構，而且具有較大的比表面積，是目前各國研究人員制備新型納米光電器件的重要材料之一，在紫外發光器件、紫外探測器、光催化、太陽能電池和疏水等領域都有廣泛的應用。由于具有以上卓越的性質，ZnO成為

4、目前世界上短波長半導體激光器研究中新的熱點之一。
　　本論文針對利用不同的金屬層作為反射鏡，實現低閾值的ZnO納米棒光泵浦受激發射;制備了ZnO納米棒/GaN異質結LED;利用水熱法和電化學法制備一維ZnO納米結構，實現對ZnO納米結構的可控生長等問題開展了研究工作，并取得了如下結果:
　　1.采用水熱法制備ZnO納米線陣列，構造以ZnO納米線結構本身為諧振腔的F-P型激光器。利用兩種不同的金屬層Au和Ag作為反射鏡，增加Z

5、nO納米線與襯底之間的反射率，達到降低ZnO納米線光泵浦受激發射的閾值的目的。實驗得到具有F-P腔模式的紫外受激發射，閾值分別為31.2 kW/cm2和26.8 kW/cm2，大大低于之前報道的40 kW/cm2。
　　2.構造以ZnO納米棒為n型，p-GaN為p型的異質結LED，得到來自于ZnO納米棒的位于395 nm的藍紫色電致發光;在此基礎上，在ZnO納米棒上修飾CdSe/ZnS量子點發光層，再與p型GaN一起制備異質結LE

6、D，得到以量子點為基礎的625nm處的可見區電致發光。
　　3.采用水熱法制備ZnO納米線，通過改變溫度、濃度和時間，控制ZnO納米線的長度、直徑和密度;對水熱法制備的ZnO納米線進行不同溫度退火，改善ZnO納米線的光致發光性能，研究退火溫度對ZnO納米線形貌穩定性的影響。觀察到隨著退火溫度的增加，ZnO納米線的形貌發生改變，當退火溫度為1000℃時，鄰近的納米線會連接在一起，形成一個整體，分析得出這是由于ZnO的表面效應引起的。