ZnO纳米结构薄膜的水热法生长及其机理研究

摘要

氧化锌(ZnO)是一种具有纤锌矿结构的自激活直接带隙半导体材料，具有独特的电、光、磁、机械、化学性质，在微电子器件和光电器件等领域具有巨大的应用潜力。ZnO材料的性能不仅取决于其组成、结构和尺度，还取决于其维度和形态，因此在材料的生长过程中对其结构、组分、形状、尺度和位置进行控制生长，能实现对其性能进行设计、选择组装，对开发其各种功能有重要的应用价值。本文对ZnO纳米结构薄膜水热法的生长及机理进行了系统的研究。 ⑴采用简单的水热合成法，通过调控工艺条件，在玻璃基板和锌基板上制备出棒状的ZnO纳米结构薄膜，在铝板上制备出片状的ZnO纳米结构薄膜。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对各种形态的成分、形貌和结构进行表征。 ⑵纳米棒具有笔直规则的形貌，纳米片具有交错的形貌以及光滑的表面。在玻璃板上，当在水热反应前给基板铺上一层ZnO籽晶时，纳米棒阵列会沿着[001]方向择优取向的垂直于基板生长，而不给基板铺晶直接水热反应则会沿着[100]方向择优取向的生长。在锌片上，当在水热反应前煅烧锌片使基板表面形成一层ZnO籽晶时，纳米棒阵列也会沿着[001]方向择优取向的垂直于基板生长。生长在Al板上的ZnO纳米结构薄膜均匀、大面积、附着力强、制作工艺简单，且重复性好。Al基板的影响在ZnO纳米片形成过程中占主导作用：生长在铝基板上的ZnO纳米结构薄膜即ZnO纳米片阵列是由垂直生长在Al基板上的Zn5(OH)8Cl2H2O受热分解得来，反应液中一定量的Al(OH)4-离子的存在导致了Zn5(OH)8Cl2H2O的生成，而形成的Zn5(OH)8Cl2H2O晶体经退火处理后转化为ZnO晶体，从而最终得到了ZnO纳米片阵列。 ⑶对生长在Al基板和Zn基板上的ZnO纳米结构薄膜进行了光致发光(photoluminescence，PL)光学性能测试。与Al基板相比，在Zn基板上制备的ZnO纳米结构薄膜具有更好的PL光学性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1纳米材料

1.1.1纳米材料概述

1.1.2纳米材料的特性

1.2 ZnO纳米结构薄膜的性质

1.2.1 ZnO的结构

1.2.2 ZnO的PL光学性能

1.2.3 ZnO的阴极发射性能

1.3 ZnO纳米结构薄膜的制备方法

1.3.1磁控溅射

1.3.2化学气相沉积和金属化学气相沉积

1.3.3溶胶-凝胶法

1.3.4水热合成法

1.4 ZnO纳米材料的研究现状

1.5本论文的研究内容

第2章实验部分

2.1实验原料与设备

2.1.1主要实验原料

2.1.2主要实验设备

2.2实验制备过程

2.2.1生长基片预处理

2.2.2 ZnO制备工艺流程

2.3测试方法

2.3.1 XRD分析

2.3.2 SEM分析

2.3.3 PL分析

第3章结果与讨论

3.1玻璃基板上的生长情况

3.2铝基板上的生长情况

3.3锌基板上的生长情况

3.4液相中ZnO形态的生长机理

3.4.1液相中ZnO晶体的生长模式

3.4.2各种ZnO形态的生长过程

3.5两种形貌ZnO纳米结构薄膜的光致发光

第4章结论

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的文章