氧化锌晶体材料的制备及其生长机理研究

【摘要】： 氧化锌晶体作为新一代宽禁带、直接带隙的多功能ⅡB—ⅥA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。诱人的应用前景和制备难度使得ZnO晶体的生长技术成为材料研究的热点。通过对反应过程中的加热温度,保温时间以及保温温度的择优选择,并采用合理的实验条件进行实验,借助于XRD、SEM等仪器对试样进行了分析和研究。 本论文采用化学气相法,以锌颗粒为原料,考察了不同的加热温度、保温时间、保温温度对ZnO晶体生长结果的影响。 研究结果表明:采用化学气相法在加热温度为300~500℃下进行试验,加热温度对ZnO晶体的外观形貌有很重要的影响,依据本实验中所获氧化锌晶体的SEM照片,在较低的加热温度下生成物以定向生长的晶须为主,而加热温度太高则生成物以凝结的块状氧化锌为主;保温温度为1000~1300℃,在试验中,保温温度对ZnO晶体生长过程中随着保温环境的不同,有着不同程度的影响;保温时间为24~40小时,保温时间越长,ZnO晶体生长的尺寸越大。最终我们制备出了直径为0.8mm,长度为2.4mm的ZnO晶体,实现了氧化锌晶体的可控生长。对生成物进行XRD分析可知:本实验所获得的产物为ZnO相,峰形尖而窄,说明其结晶度高,X射线衍射图谱与JCPDS卡片号36-1451一致,表明本文研究得到的氧化锌晶体为六方纤锌矿结构,晶格常数a=0.32568nm,c=0.52154nm。通过对大尺寸氧化锌晶体的SEM照片研究表明,晶体呈柱状生长,说明晶体是沿着多个方向生长的,氧化锌是极性晶体,沿c轴方向生长为主,最终呈现出柱状体。从所取得的结果得出,利用气相法制备氧化锌晶体不但是可行的,而且比其他方法制备的氧化锌晶体工艺简单,纯度高,杂质少等优点。