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《安徽大学》 2010年
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PEG和共掺杂对ZnCoO薄膜结构和性能的影响研究

李敏  
【摘要】: ZnO是Ⅱ-Ⅵ族宽禁带氧化物半导体材料,属于六角纤锌矿结构,具有较大的激子束缚能,可以实现室温下的紫外受激辐射。它的化学性质稳定,带隙达到3.37eV,非常适用于短波长光学器件,是目前极具发展潜力的电子薄膜材料之一。ZnO中有着丰富的化学缺陷,本征缺陷如氧空位、锌间隙、锌代氧,氧代锌等,掺杂还会引起各种缺陷,包括晶格畸变、层错、位错等结构缺陷。这些缺陷对于ZnO纳米材料的性质具有决定性的影响。由于缺陷存在导致ZnO本征是n型的,制备P型ZnO较为困难,这是制约ZnO纳米器件发展的重要因素。也是由于大量表面本征缺陷的存在使得纯ZnO纳米粒子可以呈现铁磁性,本征缺陷在过渡金属掺杂的ZnO的稀磁特性方面也起着重要作用,导致其磁性能的观测存在较大差异。ZnO发展的主要困难是缺乏重复性和低电阻率的p型ZnO。 最近研究发现,在ZnO中掺杂Al、Co、Ca可以改变ZnO的带隙,将有利于器件的光学参数调制,以及磁性的产生。因此,制备出适合紫外光电器件需要的光学性能可以调制的高质量ZnO薄膜有着非常重要的科学意义和应用价值。ZnO纳米棒的制备大多是利用化学气相沉积(CVD)无机金属化学气相沉积,脉冲激光沉积,分子束外延方法得到的,需要较高的温度,水热法制备纳米棒相对而言更为简单、低成本。水热法制备掺杂ZnO纳米棒单晶阵列的方法是属于原位掺杂,相对离子注入、金属蒸汽退火掺杂等后掺杂方法而言,该方法由于掺杂引入的结构缺陷较少。这对于研究元素掺杂机理和性能的稳定很重要。对于溶液法制备纳米棒而言,掺杂是个挑战。杂质离子如何掺入及其对形状、结构和性能的影响都是有待研究的问题。弄清掺杂机理,方可很好地控制掺杂原子的分布,从而调控性能。 本文利用溶胶凝胶方法在生产成本极低的玻璃片上甩膜膜制备出高c轴取向的ZnO薄膜然后在具有ZnO薄膜的基片水热法制备了掺杂的排列整齐的纳米阵列: 1、研究了水热法中Co掺杂对氧化锌纳米棒结构形貌及发光的影响。Co掺杂使ZnO纳米棒的紫外峰蓝移12nm。通过改变激发光功率研究了紫外峰峰位和峰强度随激发光功率密度的变化关系,分析了蓝移起因。 2、研究了高分子聚合物聚乙烯二醇对锌钴氧纳米棒结构的影响,以及聚乙烯醇(PEG)能调整光的强度,适量的PEG有助于ZnCoO纳米棒能长成好的晶向。 3、用溶胶凝胶法制备的Ca、Co共掺杂的氧化锌薄膜,分析了在掺杂不同Ca浓度下锌钴氧薄膜的结构变化及磁性强度变化的原因。 4、系统分析了用水热法在含ZnO薄膜的玻璃基片上生长的含不同浓度掺杂Al的ZnCoO单晶纳米棒阵列,用扫描显微镜、XRD、拉曼光谱以及振动样品磁强计(VSM)对实验薄膜的结构,发光机理以及磁性产生机理进行了分析。
【学位授予单位】:安徽大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1

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