固体源化学气相沉积法制备ZnO纳米结构及其生长机理的研究

摘要

纳米结构的ZnO材料由于其在电子学、光学和光子学等领域的优异性能而倍受关注。ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，在短波长发光二极管、激光器、紫外探测器、高频和大功率器件及其相关器件方面的有着广阔的应用前景。随着ZnO尺寸的减少，表面和量子限域效应明显，纳米结构表现出比体材料更为优异的性能，同时还会产生一些新的电学的、机械的、化学的和光学的性质。因此ZnO纳米结构材料的研究对于提高材料的性能和开发下一代纳米器件有着重要的意义。 本文采用固体源化学气相沉积(SSCVD)技术来制备ZnO纳米结构材料，对制备得到的ZnO进行了结构、形貌、成分、光学性能及其生长机理等各个方面的研究，全文主要创新性结果如下： 1、利用SSCVD技术，通过不同的生长工艺，成功的制备了球形、花形、钻石形和棒状四种形貌的ZnO纳米结构，其中球形、花形和钻石形ZnO结构在国际上是首次报道。 2、球形ZnO结构主要有实心球、空心球和多孔球三种，形成过程基本相同，都可以用Zn-ZnO的核壳模型来解释。不同的生长条件对球的形貌影响较大，富氧的气氛有利于得到大颗粒的球表面，较高的设定温度有利于得到直径较大的球体。 3、花形ZnO结构形貌众多，美观新颖，大部分由六角塔形特色的花瓣晶组成。其生长机理可以用对称性的形核生长模型来解释。不同的生长参数对花形结构的形貌影响较大。 4、钻石状和棒状的ZnO纳米结构都可以用氧化锌晶体的极性生长特性来解释。两者性能在很多方面都相似，形貌上两者的前端都有一个尖端，相结构上两者都是六角纤锌矿结构ZnO相，且都有非常明显C轴择优取向，晶体结构上两者都具有单晶体特征，两者的轴向都是[0001]方向，PL测试显示，两种结构都具有良好的光学特性。 5、各种测试都表明，本文制备得到的球形、花形、钻石形和棒状四种形貌的ZnO纳米结构纯度高、结晶性好、缺陷少、光发射性能良好。

目录

摘要

第一章前言

1.1立题依据

1.2研究内容

第二章文献综述

2.1 ZnO的基本结构

2.2纳米ZnO的特性

2.2.1纳米ZnO的量子限域效应

2.2.2纳米ZnO的电学性质

2.2.3纳米ZnO的光发射增强效应

2.2.4纳米ZnO的紫外激光发射

2.2纳米ZnO的制备方法

2.2.1热蒸发法

2.2.2 CVD和MOCVD法

2.2.3水热和溶剂热法

2.2.4自组装法

2.2.5模板法

2.2.6其它方法

2.4纳米ZnO的应用

2.4.1传统领域的应用

2.4.2光电方面的的应用

2.4.3敏感方面的的应用

第三章实验原理及测试

3.1 SSCVD概述

3.2实验设备及其原理

3.3实验步骤

3.3.1原料选择及衬底清洗

3.3.2纳米结构的生长

3.4分析测试

第四章球形的ZnO纳米结构

4.1生长参数对形貌的影响

4.1.1生长气氛的影响

4.1.2生长温度的影响

4.2性能的表征与分析

4.2.1组分分析

4.2.2结构分析

4.2.3光学性能分析

4.3生长机理

4.4本章小结

第五章花形的ZnO纳米结构

5.1生长参数对形貌的影响

5.1.1衬底位置的影响

5.1.2生长温度的影响

5.2性能的表征与分析

5.2.1组分分析

5.2.2结构分析

5.2.3光学性能分析

5.3生长机理

5.4本章小结

第六章钻石状和棒状ZnO纳米结构

6.1钻石状ZnO纳米结构

6.1.1 SEM分析

6.1.2 EDS分析

6.1.3 XRD分析

6.1.4 TEM分析

6.1.5 PL分析

6.1.6生长机理

6.2 ZnO纳米棒结构

6.2.1 SEM分析

6.2.2 EDS分析

6.2.3 XRD分析

6.2.4 TEM分析

6.2.5 PL分析

6.2.6生长机理

6.3本章小结

第七章结论

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢