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纳米ZnO的制备、微结构及其特性的研究

訾振发  
【摘要】: ZnO,作为一种直接带隙宽禁带半导体材料,是继GaN之后光电研究领域又一热门的研究课题。其光电特性受缺陷的影响较小,在信息领域中有重要的作用。它可用与制作发光显示器件、高频滤波器、发光二极管、激光器、高速光开关等器件,在民用及军事领域都有着重要的用途。为了制作上述的器件和实现上述的用途,如何生长出高质量的ZnO薄膜材料是根本所在。生长ZnO薄膜材料的方法很多,包括分子束外延(MBE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、脉冲激光沉积(PLD)、原子层外延、溅射、蒸发等,其中MBE、MOCVD和PLD等方法生长的ZnO薄膜的质量较高。在这三者中,PLD是最适合工业化需要的一种方法。本文利用新型的PLD系统在蓝宝石、镁铝尖晶石、氧化镁等衬底上生长出高质量的ZnO薄膜,并研究了其薄膜特性。 系统地研究了沉积条件对ZnO薄膜结构的影响。通过分析衬底温度、不同衬底和退火对样品结构的影响,得到了样品的最佳制备条件:衬底温度450℃、蓝宝石衬底,此条件下制备的样品具有高度(002)取向性,(002)衍射峰半高宽仅仅0.3491°,原子力显微镜(AFM)分析表明ZnO薄膜具有密集堆积的均匀柱状晶粒。同时,ZnO薄膜(002)方向上存在着内应力,内应力是由膜材料与基底材料之间的晶格失配和不同热扩散系数造成的,退火可可使内应力的到不同程度的释放。其氤灯激光PL谱表明样品具有很强的蓝色发光。 在此基础上我们又制备了具有较好的C轴取向的Za_(0.85)Co_(0.14)Cu_(0.01)O稀磁半导体薄膜。通过对其VSM的测量,我们发现退火温度为700℃和900℃的Zn_(0.85)CO_(0.04)Cu_(0.01)具有室温铁磁性,其饱和磁化强度约分别为0.0029emu,0.0021emu 4,矫顽力约分别为95.8Oe,1636.2Oe。 ZnO纳米粉体是一种重要的无机材料,具有极其广泛的用途,因而市需求量较大。然而,随着研究和应用的不断深入,对其粒度、形貌等微观结构的要求越来越高。溶胶.凝胶法是一种较有前途的方法,其实验装置相对简单,操作容易使ZnO纳米粒子的工业化成为可能。本文用溶胶-凝胶法制备了ZnO纳米粉体,并对所得微粉进行了表征。X射线衍射和红外光谱的分析结果表明:制得的ZnO粉体物相单一。用透射电子显微镜观测了粒子的大小及形貌,并探讨了 摘要 其影响因素。结果表明:随着热处理温度的升高,ZnO纳米粒子的粒径不同程 度地增大,且团聚现象加重。PL谱表明,紫外发光和蓝色发光随着一众心粒子粒 径增大而减弱。 本论文工作对zno薄膜和纳米粒子的制备、结构特性和光学特性的全面研 究为进一步的工作和学习打下了坚实的基础,也对ZnO薄膜和纳米粒子的实际‘ 应用具有积极意义。


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