(掺Al)ZnO纳米线阵列的生长机理及光致发光特性研究

摘要

近年来，纳米线的高效率场发射使其在平面显示技术上的应用受到高度重视。与碳纳米管相比，ZnO纳米线具有对环境的稳定性，因此ZnO纳米线在场发射应用方面更具有优势。其场发射的优越性能在平面显示器中应用的关键技术是对ZnO纳米线进行可控生长，制备出排列整齐的ZnO纳米线阵列。因此ZnO纳米线阵列的可控生长成为目前的研究热点。本文采用化学气相沉积法在Si衬底上制备了ZnO纳米线阵列，运用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、对样品进行了表征。在制备过程中，通过改变 Si衬底生长面的朝向发现Si衬底生长面的朝向可以影响ZnO纳米线生长过程；改变Si衬底类型表明ZnO纳米线在Si（100）衬底和Si（111）衬底上的生长方向是不一样的，说明Si衬底对ZnO纳米线的生长方向具有调控作用。
　　通过对ZnO的光致发光（PL）特性研究，可以得出ZnO的能带结构特征，为获得ZnO高效率稳定的紫外发射提供理论支持。在常见的ZnO纳米线（薄膜）的室温光致发光（PL）谱中，大约在380nm、480nm附近存在2个发射峰。一般解释为：480nm峰是深能级发射峰，与ZnO的缺陷有关；380nm峰是带边激子复合发射峰。本文运用化学气相沉积法制备了掺AlZnO纳米线，研究发现其PL谱与常见的PL谱不同，出现了四个发射峰，波长分别为：373nm、375nm、389nm和480nm。运用激子理论研究发现，373nm、375nm、389nm是ZnO不同能级激子复合发射峰，并推算出掺AlZnO纳米线的禁带宽度为3.343 eV，束缚激子结合能为0.156eV。用相同的方法分析纯ZnO纳米线的PL谱，其4个发射峰的波长分别为377nm、379nm、389nm和480nm，推算出禁带宽度为3.301eV（3.343eV>3.301eV），束缚激子结合能为0.113eV。比较发现掺Al可以增大ZnO纳米线的禁带宽度。

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第一章 绪论

1.1 纳米科技简述

1.2 纳米材料的特性

1.3 纳米ZnO的材料的性质

1.4 一维纳米ZnO的制备方法

1.5 一维纳米ZnO的生长机理

1.6 本论文研究内容

第二章 化学气相沉积法（CVD）与ZnO纳米线的表征原理

2.1 CVD法制备ZnO纳米线

2.2 ZnO纳米线的表征原理

第三章 Si衬底对ZnO纳米线阵列生长的影响

3.1 Si衬底生长面的朝向对ZnO纳米线阵列生长的影响

3.2 Si衬底对ZnO 纳米线阵列生长方向的调控作用

第四章 （掺Al）ZnO纳米线阵列的光致发光性能

4.1 半导体发光基础理论

4.2 掺AlZnO纳米线阵列的光致发光特性

4.3 纯ZnO纳米线阵列的光致发光特性

4.4 掺Al对ZnO纳米线阵列的光致发光特性的影响规律

第五章

致谢

参考文献

个人介绍及攻硕期间的研究成果