真空热蒸发输运法制备ZnO纳米结构

摘要

氧化锌(ZnO)作为典型的直接带隙宽禁带半导体材料，其较大的激子束缚能，使得ZnO成为继氮化镓(GaN)后在光电子、光通讯、传感器等领域具有广阔应用前景的一种非常重要的新型半导体材料，尤其在可见光发光二极管、半导体激光器以及半导体紫外探测器等方面将发挥重要作用，并在军工领域有着潜在的应用价值。因此，ZnO一直成为众多科研人员青睐的研究对象。
　　本文采用真空蒸发输运法制备了高质量ZnO纳米线阵列及不同形态的ZnO纳米结构，利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、等表征手段对制备的ZnO纳米结构进行了相关测试与分析。主要内容包括：⑴在前两章里，主要介绍：氧化锌的基本性质，如电学特性、压电特性、气敏特性等；氧化锌的应用及发展前景，如半导体可见光发光二极管、半导体激光器以及半导体场效应晶体管等；氧化锌的生长机理，包括V-S生长机理与V-L-S生长机理等两种主要机理；氧化锌的制备方法及表征手段，如常见制备方法中的化学气相沉积法、热蒸发法、磁控溅射法，常用表征手段中的光致荧光光谱(PL)和扫描电子显微镜等。⑵在后两章中，介绍本论文的主要工作，包括实验过程和结果与分析。在实验中，制备ZnO纳米结构的方法采用的是较简单的真空蒸发输运法，使用高纯ZnO粉末作为热蒸发的源材料，通过控制炉内的压强、温度、衬底位置等条件，制备出了高质量的ZnO纳米线阵列，同时也生长出了不同尺度、不同形貌的ZnO纳米结构。通过SEM和XRD等表征手段对生长的ZnO纳米结构进行了相关的表征分析。通过表征分析发现，生长温度较低时，纳米结构纵向生长速率较慢，横向尺寸较大，方向性较好;随着生长温度的升高，纳米结构纵向生长速率增加，横向尺寸相对变小，方向性变差;使用催化剂可以改善纳米线取向的一致性，通过比较可知，长籽晶对纳米结构取向性的改善效果不如Au催化的明显。这些工作对采用真空热蒸发输运法可控性制备各种ZnO纳米结构有一定的参考价值，也为后续制作基于ZnO纳米结构的半导体器件奠定了良好的基础。