在改型的Si衬底上制备ZnO纳米结构

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作为第三代半导体,氧化锌(ZnO)是一种典型的Ⅱ-Ⅵ族直接带系宽禁带半导体材料,其禁带宽度达到3.4eV,具有优异的短波长发光能力;激子束缚能高达60meV,使其成为最具潜力的室温蓝紫光发射材料。除了光电性能之外,ZnO还具有很好的化学稳定性与热稳定性,近年来引起了很多研究人员的关注。对于具有低维纳米阵列结构来说,当晶粒尺寸达到微米,甚至是纳米级别的时候,由于具备较大的比表面积和较小的尺寸,材料本身会显示出一些独特的特性。近几年来在低维ZnO纳米材料制备的报道中可以知道,零维ZnO纳米颗粒,一维ZnO纳米结构,包括氧化锌纳米线、纳米棒、纳米管、纳米针,都被成功地合成了。此外,由于ZnO薄膜在光电、气敏、压敏、压电等方面具有优异的物理化学性能,从而使其在光电器件、压电器件、气敏元件、压敏元件等领域有着很大的应用前景。ZnO薄膜材料的取向生长是一个重要的研究课题。由于ZnO趋向于沿着极性面生长,很容易制成c轴取向的薄膜,从理论上讲,a轴取向的薄膜可以使发光二级管(LED)的发光效率大大地提高,但对a轴择优取向ZnO薄膜的制备由于费用昂贵却很少报道。基于上面的问题,本文尝试着用一种新颖、低廉的实验方法来制备a轴取向的ZnO薄膜。首先,利用反胶束微乳液和水热法,摸索出制备出长径比最大的ZnO纳米棒的实验条件(温度,时间,表面活性剂,溶液浓度),探讨了ZnO纳米棒可能的形成机理。反应结束后,确定产物的清洗方法,使其颗粒具有很好的分散性,这样就为制备出比较致密的ZnO纳米阵列提供了可能。然后,采用湿法刻蚀技术对硅(100)衬底进行表面改型处理,刻蚀出形貌较好的“V”型槽阵列,以“V”型沟槽的取向来约束ZnO纳米颗粒的排列方向。接下来把清洗后的最大长径比的ZnO纳米棒撒入丙酮中,并摸索出重力沉降法的条件,将制备出的颗粒整齐的排列在“V”型沟槽上,形成ZnO纳米阵列,作为种子层使用。最后,利用化学浴沉积法,在种子层上从而制备出具有a轴取向生长的ZnO薄膜,并对其生长机理进行了探讨。为了能够制备出ZnO纳米管,又初步探索了KCl溶液对ZnO纳米棒的刻蚀条件,并能制备出ZnO纳米管阵列的种子层。
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