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氧化锌是一种Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体(Eg=3.37 eV),激子束缚能高达60 meV。在光催化、紫外探测、紫外发射LED和LD、传感器等诸多方面具有广阔的应用前景。实现纳米器件最重要一步就是实现不同ZnO纳米结构的合成。此外,ZnO纳米结构的掺杂与合金化的研究是最终实现ZnO纳米光电子器件的一个重要方向,这也引起了人们的广泛关注。
本文针对ZnO纳米结构的研究热点,利用化学气相沉积(CVD)法制备了ZnO一维纳米材料,研究了氧分压对ZnO纳米结构表面形貌的影响,并对ZnO一维纳米结构的生长机理、润湿性能和光学特性进行了研究,具体研究内容如下:
(1)研究了不同的氧流量对ZnO纳米结构的影响,并利用SEM、XRD、EDS等测试手段,分析了ZnO一维纳米结构的生长机理,初步实现ZnO一维纳米结构的可控生长。
(2)用接触角测量仪表征了不同表面形貌的ZnO薄膜的润湿性能。结果表明:不同尺寸的ZnO纳米棒结构对润湿角的影响很大,我们制备得到的小尺寸结构的接触角达到157.8°,实现了ZnO超疏水表面。
(3)我们还对制备所得的ZnO结构进行了光致发光性能研究,在室温下我们观察到了较强的紫外发射峰和较弱的深能级发射峰,室温下的紫外发光归结为自由激子发射和自由载流子到施主(受主)的跃迁及其声子伴线所形成的低能带尾的叠加。
(4)此外,我们还利用中温管式炉在石英衬底上制备出了MgO—ZnO分层结构,并研究了氧分压对样品表面形貌的影响。在X射线衍射仪(XRD)图谱中我们获得了明显的立方相MgO和六角纤锌矿ZnO的两套独立的衍射峰,结果表明:在所有的实验过程中都没有获得MgZnO结构,而是获得了mgO和ZnO的分层结构。我们通过SEM分别观察到样品底端的立方相MgO结构和表面的ZnO纳米棒结构。