ZnO纳米材料及Al掺杂对其结构与性能的影响

摘要

ZnO是一种有多种应用前景的光电子材料，它在压电式转换器、表面声波器件、光波导管、变阻器、透明导电氧化物、自旋功能器件和紫外光发射器等器件中具有广泛的应用。室温下的禁带宽度为3.37eV,使其成为一种可以覆盖可见光到紫外光范围的新型发光材料。Al掺杂ZnO透明导电薄膜(AZO)，因其具有优良的光电特性，有望成为继氧化铟锡透明导电薄膜(ITO)之后，在紫外到可见光范围内具有高导电性的新型半导体材料，具有很强的应用价值。
　　 本文采用溶胶-凝胶辅助水热法方法制备ZnO纳米点阵及Al∶ZnO纳米棒阵列材料，并对其形貌结构和光学性质进行了系统研究，探讨了各种纳米结构形貌出现的机理和发光起源。主要研究内容与结论如下:
　　 1、采用溶胶-凝胶辅助水热法制备ZnO薄膜，获得了多样化的ZnO纳米点阵。研究了不同配比和PH对样品形貌和结构的影响。SEM图谱显示，通过调节PH值，可获得不同形貌的纳米棒阵列结构。同时研究发现，高的PH值更有利于形成棒状结构。XRD图谱分析结果显示，采用这种技术制备的ZnO纳米结构具有沿<002>方向择优取向生长。
　　 2、采用PL光谱和透射光谱系统分析了样品的光学性质.通过对透射光谱的研究发现，成分配比及溶液中的PH值影响可见光的透射率。通过对透射光谱的吸收边拟合，发现提高配比成分导致带边吸收向短波方向移动。PL光谱研究表明，样品在可见光区出现强的发光带，发光峰强度随配比量和PH值增加而增大。在对可见发光进行高斯拟合时发现，出现强的红光发射光带，分析认为红光发射来源于Vo缺陷发光。
　　 3、采用溶胶-凝胶辅助水热法制备了Al掺杂的Al∶ZnO(AZO)纳米材料，并获得了单晶结构纳米棒阵列，并且系统地研究了Al掺杂对氧化锌纳米棒形貌和结构及光学性质的影响。SEM结果显示，AZO具有六角形结构，发现纳米棒的直径可以通过调节Al含量得到控制。通过对样品的XRD分析发现，AZO薄膜沿c轴方向择优取向生长，同时Al含量影响薄膜的结晶质量。透射光谱显示，AZO薄膜的吸收边随Al含量增加向长波长方向移动，出现红移现象。PL测量表明，Al掺杂导致缺陷发光增强.实验发现，可以通过调节Al含量改变可见光波长和提高可见光强度，使得AZO透明导电薄膜在可见光区具有重要的应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 ZnO的基本性质

1．1．1 ZnO晶体结构

1．1．2 ZnO的光电性质

1．2 多样化的ZnO纳米结构

1．3 ZnO的掺杂

参考文献

第二章 氧化锌的制各方法和表征手段

2．1 ZnO的制备方法

2．1．1 脉冲激光沉积法(PLD)

2．1．2 化学气相沉积法(CVD)

2．1．3 液相合成法

2．2 样品表征

2．2．1 X射线衍射仪(X-Ray Diffraction)

2．2．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．2．3 紫外-可见分光光度计(UV-VIS Spectrophotometer)

2．2．4 荧光光谱仪(PL)

2．2．5 椭圆偏振仪

参考文献

第三章 溶胶凝胶法辅助水热法制备ZnO纳米材料及性能研究

3．1 ZnO纳米材料的合成方法及实验过程

3．1．1 实验器材

3．1．2 实验过程

3．2 测试结果与分析

3．2．1 不同PH值对样品形貌的影响

3．2．2 不同含量对样品结构的影响

3．2．3 PH值对样品结构的影响

3．2．4 不同PH值对透射率的影响

3．2．5 不同样品含量对透射率的影响

3．2．6 PH值及成分配比对PL的影响

3．3 小结

参考文献

第四章 Al掺杂ZnO薄膜的制备及结构与性能分析

4．1 Al掺杂ZnO纳米棒阵列的合成方法

4．1．1 实验试剂和仪器

4．1．2 实验过程

4．2 样品的表征与分析

4．2．1 不同Al含量对样品形貌的影响

4．2．2 不同Al含量对样品结构的影响

4．2．3 不同Al含量对透射光谱的影响

4．2．4 不同Al含量对的PL光谱的影响

4．3 本章小结

参考文献

第五章 结论

致谢

攻读硕士期间发表论文