ZnO納米材料的制備、表征及性能研究.pdf

1、近年來，由于寬禁帶半導體材料在短波長發光器件、光探測器和大功率電子器件方面的廣闊應用前景而備受關注，發展十分迅速，成為研究的熱點。ZnO是一種非常重要的多功能 n型 II–VI直接寬禁帶化合物半導體材料。室溫下，其禁帶寬度為3.37 eV，而且具有很大的激子束縛能和很好的熱穩定性。ZnO作為一種應用廣泛的半導體，其獨特的鐵電、熱電、催化和光催化特性以及在太陽能電池、氣敏傳感器、紫外光電二極管、透明電極及光電器件方面的重要應用，使其成為各

2、國研究的熱點。研究者已經利用化學氣相沉積法、化學溶液沉積法、脈沖激光沉積法、電化學法、水熱法、噴霧熱解法、熱蒸發法等制備出包括納米線、納米棒、納米晶須、納米帶、納米管和納米花等多種形貌的ZnO納米結構。
　　本文采用脈沖激光沉積和熱蒸發法制備了ZnO多種納米結構。用X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外吸收譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)和光致發光譜(PL)等測試手段詳細的

3、分析了ZnO納米材料的結構、組分、形貌和光致發光特性。并初步提出了核的大小影響 ZnO納米結構的形貌的觀點，并對ZnO納米結構的生長機理進行了研究。所取得的主要研究結果如下:
　　1.利用脈沖激光沉積(PLD)技術預先在藍寶石(001)襯底上制備了ZnO薄膜，在Si(111)襯底上制備了Zn薄膜。制備的ZnO和Zn薄膜將會在后面ZnO納米結構的生長過程中起到不同的作用。ZnO薄膜為ZnO四角納米結構的生長提供了生長點，Zn薄膜則能

4、夠有效地促進ZnO晶核的形成從而有效地促進ZnO納米結構的生長。
　　2.利用非催化的熱蒸發的方法在沉積了ZnO薄膜的藍寶石(001)襯底上制備了四角ZnO納米結構，在鍍Zn薄膜的Si(111)襯底上制備了多角狀的ZnO納米晶須和花束狀ZnO納米棒。用X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外吸收譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)、選取電子衍射(SAED)和光致發光譜(PL)等測

5、試手段對ZnO納米結構進行了分析。
　　3. ZnO納米結構光學特性的研究。在室溫下，用波長為325 nm的Xe燈作為激發光源激發樣品發光。多種ZnO納米結構都只有一個紫外發光峰和一個綠光發光峰。對于紫外發光峰對應于六方纖鋅礦ZnO納米結構的近帶邊發射，通常認為近帶邊發光歸因于激子輻射復合發光。而對于綠光發光峰，通常被認為是由于深能級或缺陷態復合發光。一般認為綠光發光源于單個電離的氧空位與價帶空穴之間的輻射復合躍遷所致。因此，我們