热蒸发法制备ZnMgO、ZnO纳米材料及其性能研究

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低维纳米结构是当前纳米科学与技术领域一个重要的研究方向。纳米ZnO材料由于其在电子学、光学和光子学等领域的优异性能而倍受关注,通过Mg掺杂,可以实现对ZnO能带调制作用,从而获得更加广泛的应用。ZnO纳米棒阵列具有负电子亲和力、高机械强度、化学稳定性和相对高效的低电压磷光等特性,在场发射领域有重要的应用价值。本文在综述目前ZnO一维纳米材料的制备方法及掺杂的基础上,选择用热蒸发法,成功制备出两种ZnMgO一维纳米结构,讨论了其形成机理,并研究了其发光性能。通过热蒸发法制备出三种具有尖端形貌的ZnO纳米棒阵列,研究了其场发射性能。其中取得的主要结果如下:1、用热蒸发法制备出ZnMgO纳米棒阵列。ZnMgO纳米棒沿c轴择优生长,直径为100 nm~300 nm,长度约为1μm,为单晶六角纤锌矿结构,Mg的含量为17at%。ZnMgO纳米棒保持ZnO纳米棒常见的六方形貌,但Mg的掺入使六方形貌呈现出一定的不规则性。Mg的掺入产生了210 meV的近带边发射峰的蓝移(室温),实现了对ZnO的禁带宽度的调节。特别地,此方法制备ZnMgO纳米棒阵列具有较好的可重复性。2、用热蒸发法,通过低温—升温—高温三个阶段,首次制备出ZnO/六方ZnMgO/立方ZnMgO异质结构纳米宝塔阵列。纳米宝塔底部直径约600 nm,顶部约70 nm,呈四方形貌。样品中Mg和Zn的平均摩尔比59∶41,且沿着向顶端的方向不断增大,在顶端处达到92∶8。Mg的掺入使近带边发射峰产生了260 meV的蓝移(室温)。纳米宝塔的新颖的结构和生长机理被系统地分析和讨论。3、用热蒸发法制备了三种具有尖端形貌的ZnO纳米棒阵列。三个样品都具有沿c轴择优取向的六方ZnO结构。三个样品的开启场强都在0.5 V/μm以下,性能较好的样品的阈值场强分别约为4.5 V/μm和7 V/μm。F-N拟和良好,确定其为场发射。具有较细尖端的样品表现出较好的场发射性能。用PLD方法预生长的ZnO层减少了衬底上的SiO2绝缘层,提高了场发射性能。
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