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大尺寸氧化锌晶体的制备及生长机理

肖婷蔓  
【摘要】:氧化锌晶体作为新一代宽禁带、直接带隙的多功能Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,具有优良的光电、导电、压电、气敏、压敏等特性。ZnO半导体室温带隙为3.37eV,且束缚激子能高达60MeV,使其在紫外半导体光电器件方面具有很大潜在应用价值。制备难度和诱人的应用前景使得氧化锌晶体的生长技术成为材料研究的热点。本文工作重点是探索工艺简单、成本低、操作简便的氧化锌晶体的制备方法。 本文采用气相传输法,以锌锭、空气为原料,讨论了不同的氧化时间、空气流量、载流N_2流量、锌挥发温度、氧化温度生长条件下对ZnO晶体生长结果的影响,并对生长机理做了初步探讨。氧化锌晶体可控生长的关键是控制成核和生长过程,而试验中各工艺参数决定着成核和生长过程,最终控制了氧化锌晶体的尺寸。 研究结果表明: (1) 大尺寸氧化锌晶体的形态可控生长的关键是控制成核和生长过程。晶核的结晶形态决定着晶体的形态,生长过程的环境条件也影响着晶体的生长过程。反应器中的气相过饱和度等工艺参数影响着大尺寸氧化锌晶体的控制生长 (2) 在氧化时间为90min,空气流量为0.31/min,氮气流量为0.31/min,锌挥发温度为900℃,晶体反应器温度为1150℃时,我们制备出大尺寸的氧化锌晶体,长度达到30mm,直径达到1mm,实现了氧化锌晶体尺寸的可控生长; (3) XRD结果表明本试验所获得的产物全为ZnO,峰形尖而窄,说明其结晶度高,XRD图谱与JCPDS卡片号36-1451一致,表明产物均为六方结构的ZnO,同时,晶格常数a=0.3257nm,c=0.52156nm,因此本文研究得到的氧化锌晶体为六方红锌矿结构。 (4) 通过大尺寸氧化锌晶体的照片研究表明,晶体像一根长针,说明晶体沿一个方向生长,从XRD看出,(000ι)为主要生长方向,这与通常报道的氧化锌具有沿+c轴取向生长的机理相同。


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