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氧化锌纳米结构的制备及性能表征

乔双双  
【摘要】: 氧化锌(ZnO)是一种宽禁带直接带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,室温下禁带宽度为3.37eV,具有较大的激子束缚(60meV),是制备下一代短波长发光二极管(LED)和激光器的最佳选择之一。而且,ZnO和当今熟悉的材料相比,提供了更加丰富多样的纳米结构。低维ZnO纳米结构,由于在未来光电子器件方面有着广阔的应用前景,正受到人们广泛的关注,是纳米材料科学与技术领域中的研究热点之一,研究高性能的ZnO纳米结构的可控制备并对其特性进行表征具有重要的科学意义。 本文主要应用化学气相沉积、热蒸发等方法制备了高质量的ZnO纳米结构阵列和p型掺杂ZnO纳米结构,利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),光致发光谱(PL)等表征手段对样品进行了相应的测试和分析。本文主要分为二大部分: 一、通过在反应源中加入P_2O_5粉末的简单化学气相沉积方法在α-蓝宝石衬底上制备出具有奇特形貌的磷掺杂ZnO纳米四角棱锥结构。利用SEM、XRD、电子探针、室温及低温PL光谱等测试手段对生长样品进行了表征。通过未掺杂及P掺杂样品测试结果的对比及分析可知:磷元素作为受主掺杂进入了ZnO纳米四角棱锥体内。本实验通过一种简单的CVD方法和一种廉价的P_2O_5掺杂源实现了ZnO纳米结构的p型掺杂,这为进一步实现ZnO基纳米器件提供了一种可行的p型掺杂方法。 二、采用简单的热蒸发法,结合我们实验室的设备条件,使用高纯Zn粉作为蒸发源,通过改变反应条件,制备了多种不同结构、不同尺度的ZnO纳米结构,如纳米线、准纳米四脚及纳米宽齿梳状结构等。利用SEM、XRD、室温及低温PL光谱等测试手段对生长样品进行了表征分析。该实验得到了各种ZnO纳米结构的生长条件,为改良热蒸发法提供了一种新的思路,对使用热蒸发法进行ZnO纳米结构的可控大量生长具有一定的参考价值,实验结果为后续ZnO纳米器件的制作和应用打下了良好的铺垫。


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