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氧化锌纳米结构与薄膜的制备及光学特性研究

李娇  
【摘要】: ZnO是一种直接带隙的宽带隙化合物半导体材料,室温下禁带宽度约为3.37 eV,激子束缚能(60 meV)。近年来,ZnO纳米材料受到广泛关注,在紫外光发射、场效应管透明传导方面具有广阔的应用前景,此外还可应用于电机械耦合传感器、变频器和生物机械。因此,制备高质量的znO纳米结构具有重要的意义。本文通过脉冲激光沉积技术(Pulsed Laser Deposition)在不同衬底上合成了多种准一维ZnO纳米结构,以及利用射频反应磁控溅射技术(Reactive Radio-Frequency Magnetron Sputtering)在不同温度条件下在p-InP(001)衬底上制备Al掺杂的ZnO纳米薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),光致发光(PL)谱仪,X射线能级散射分析(EDAX)、原子力显微镜(AFM)等测试手段和仪器对样品进行了相应的测试和分析。分为以下几个部分: Ⅰ.采用脉冲激光沉积方法,在InP(100)衬底上制备了不同形貌的ZnO纳米结构,利用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、X射线能级散射谱研究了沉积温度对在InP衬底上形成的ZnO纳米结构的影响。研究结果显示:在不同生长温度条件下生长的ZnO纳米结构明显不同,随着衬底温度的升高表面形貌变得更好;在高于500℃的温度下,InP衬底的In元素扩散入ZnO形成In掺杂的ZnO纳米结构。 Ⅱ.通过脉冲激光沉积方法,在InAs衬底上制备了ZnO纳米管。利用扫描电镜、X射线衍射仪以及X射线能级散射谱测试了在InAs衬底上形成的ZnO纳米结构。研究结果显示:在650℃生成的纳米结构晶格质量较好,由于生长温度高,衬底表面分解出的铟扩散与ZnO合成InZnO化合物,实现铟的掺杂。合成的ZnO纳米管阵列较为致密、晶格质量较好,垂直于衬底,此方法制备出的ZnO纳米管结构具有较好结构特性和较高的光学质量,为进一步实现ZnO纳米器件提供了一种可行方法。 Ⅲ.采用射频磁控溅射方法,在不同的衬底温度条件下制备了Al掺杂的ZnO纳米薄膜。研究了不同衬底温度对所生长的ZnO纳米薄膜的结晶特性和光学特性的影响。研究结果表明:随温度升高晶体质量和光学性质变好,550℃时质量最好,当进一步升高衬底温度,晶体质量和光学性质变差。


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