AL-Sn共掺杂对ZnO纳米棒的影响

摘要

氧化锌(ZnO)是一种Ⅱ-Ⅵ族直接宽带隙半导体化合物，属于六方纤锌矿结构，在室温条件下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，具有稳定的化学性质。由于ZnO优异的导电性和光学性，所以可以用来做透明电极的材料。它在太阳能电池、声波器、传感器、液晶显示器、薄膜晶体管等多个领域上得到了广泛的应用，成为了短波长半导体材料领域研究的新热点。掺杂的ZnO纳米材料不仅具有类似于金属的导电性，而且对可见光有很高的透过率。ZnO自然储备丰富、价格低廉、稳定性高、容易实现低温生长，因此ZnO也是最有可能代替ITO薄膜的理想材料，实现透明导电薄膜的廉价发展。
　　在本篇论文中，主要由磁控溅射法制备ZnO种子层、水热法生长Al掺杂ZnO纳米棒、Al-Sn共掺杂ZnO纳米棒三部分组成。并且通过改变ZnO种子层的溅射时间、ZnO纳米棒的生长时间、生长液浓度、Al掺杂浓度和Al-Sn共掺杂等条件来生长ZnO纳米棒。利用X-射线衍射(XRD)、光致发光谱、扫描电子显微镜等手段对生长的ZnO纳米棒的光学性能、结构、表面形貌进行分析。
　　实验结果表明利用磁控溅射法制备ZnO种子层，在溅射时间为15min、生长5h、生长液浓度为0.02mol/L、Al掺杂浓度为2％时紫外发光最强，并出现了蓝移。Al-Sn共掺杂时，紫外峰的强度不变，但是由于Sn掺杂浓度的改变，使ZnO紫外峰出现了蓝移和红移的现象。蓝色发光峰随着Sn的掺入量的增加而增强。

目录

声明

摘要

引言

第一章 纳米材料及氧化锌简介

1．1 材料的基本概念及内涵

1．1．1 纳米材料的基本概念

1．1．2．纳米材料的发展史

1．2 纳米材料的性质

1．2．1 量子尺寸效应

1．2．2 小尺寸效应

1．2．3 表面效应

1．2．4 宏观量子隧道效应

1．2．5 库伦阻塞与量子隧穿

1．3 材料结构和材料性能的关系

1．4 ZnO的晶体结构

1．5 氧化锌的性质

1．5．1 ZnO的光学特性

1．5．2 ZnO的电学性质

1．5．3 ZnO的压电性质

1．5．4 ZnO的气敏性质

第二章 ZnO纳米结构的制备方法和表征手段

2．1 ZnO的制备方法

2．1．1 磁控溅射法

2．1．2 微乳液法

2．1．3 超声喷雾热解法

2．1．4 水热合成法

2．1．5 溶胶-凝胶法

2．1．6 金属有机化学气相沉积法

2．2 ZnO的表征方法

2．2．1 光致发光谱

2．2．2 扫描电子显微镜

2．2．3 X-射线衍射

2．2．4 紫外-可见光光谱

第三章 水热法生长ZnO纳米棒

3．1 磁控溅射法制备ZnO种子层与水热法生长ZnO纳米棒的过程

3．1．1 实验药品及实验仪器

3．1．2 实验手段和实验过程

3．2 实验结果与表征

3．2．1 溅射时间对氧化锌纳米棒的影响

3．2．2 生长时间对氧化锌纳米棒的影响

3．2．3 生长液浓度对氧化锌纳米棒的影响

第四章 Al和Al-Sn共掺杂对ZnO纳米棒的影响

4．1 Al掺杂浓度对氧化锌纳米棒的影响

4．1．1 不同Al掺杂浓度的SEM分析

4．1．2 不同Al掺杂浓度的XRD分析

4．1．3 不同Al掺杂浓度的PL谱分析

4．2 Al-Sn共掺杂对氧化锌纳米棒的影响

4．2．2 不同Sn掺杂浓度的SEM分析

4．2．2 不同Sn掺杂浓度的XRD分析

4．2．2 不同Sn掺杂浓度的PL谱分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢