学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

ZnO纳米材料的制备、掺杂及性能研究

作　者: 李介胜
导　师: 朱丽萍
学　校: 浙江大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 热蒸发法 ZnO纳米结构 Ga/In掺杂光学性能场发射
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 677次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

氧化锌（ZnO）是一种直接宽带隙化合物半导体材料，其室温禁带宽度为3.37 eV，激子束缚能高达60 meV，其激子能够在室温及以上温度下稳定存在，是制备半导体激光器（LDs）、发光二极管（LEDs）的理想材料。ZnO还是现今发现的纳米结构最为丰富的材料；ZnO的纳米结构在制备纳米光电子器件和纳米电子器件方面有很好的应用价值；另外，ZnO的纳米结构还可以在场发射、医疗、生物传感等领域得到应用。为实现纳米ZnO在微纳电子器件和发光器件方面的应用，首先需解决纳米材料的非金属催化剂可控生长。在此基础上，对材料进行有目的的元素掺杂，提高ZnO纳米结构的导电性及稳定性。本文以热蒸发法实现了纳米ZnO的非金属催化剂生长，分析其生长机理。在此基础上，采用Ga、In对ZnO纳米材料掺杂，深入探讨了掺杂元素对纳米结构的形貌、微结构和光学性能等的影响。所做的主要工作如下：（1）结状ZnO微纳米棒和ZnO纳米钉的制备及表征。采用醋酸锌作为自催化剂、通过改变O₂流量，制备得到了辐射状的多结状ZnO微纳米棒，探讨了此结构的生长机理及氧气流量对纳米结构形貌的影响。随后，在Ga、In辅助作用下生长出准阵列的ZnO纳米钉结构，研究了衬底位置对形貌的影响，讨论了该结构的生长机理，并对掺杂元素在生长过程中所起作用进行了初步分析。（2）生长了Ga掺杂的准阵列ZnO纳米棒，XPS测试显示Ga以Ga-O键形式存在，光学性能研究表明束缚在中性Ga施主上的激子的附加束缚能是18.1 meV，并由此推算出Ga的施主能级约为60 meV，解释了其室温PL谱带边发光峰的红移现象。初步研究了掺Ga样品的场发射性能，其开启场强2.3 V／μm，阈值场强为8.5 V／μm，简要分析了影响测试结果的主要因素。（3）In掺杂的层状结构ZnO纳米棒的生长及表征。分析认为掺入的In在表面的团聚现象导致大量位错的出现是产生层状结构的直接原因。样品的室温PL谱显示出很强的绿光发光峰，变温PL谱的研究表明此绿光峰由三个发光机制不同的缺陷峰叠加而成。In的掺入产生了大量的本征缺陷或缺陷复合体，形成许多深缺陷能级，导致了强度很大的绿光峰的出现。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章前言  8-10
  1.1 课题意义  8-9
  1.2 研究内容  9-10
第2章文献综述  10-25
  2.1 ZnO的基本性质  10-11
  2.2 ZnO纳米材料的制备方法  11-15
    2.2.1 热蒸发法  11-13
    2.2.2 金属有机物化学气相沉积  13-14
    2.2.3 水热和溶剂热法  14
    2.2.4 模板限制辅助生长法  14-15
    2.2.5 自组装法  15
    2.2.6 其它制备方法  15
  2.3 ZnO纳米材料的掺杂  15-18
  2.4 ZnO纳米材料的性能及应用  18-25
    2.4.1 ZnO传输特性  18-19
    2.4.2 ZnO纳米传感器  19-20
    2.4.3 ZnO纳米激光器  20-21
    2.4.4 ZnO场发射性能  21-23
    2.4.5 纳米发电机  23-25
第3章实验内容和分析测试  25-31
  3.1 实验原理和过程  25-26
  3.2 测试仪器及原理  26-31
    3.2.1 X射线衍(XRD)  26-27
    3.2.2 场发射扫描电镜(FESEM)  27-28
    3.2.3 透射电子显微镜(TEM)  28-29
    3.2.4 拉曼光谱(Raman)  29
    3.2.5 光致发光谱和光致激发谱(PL&PLE)  29-30
    3.2.6 X射线光电子能谱(XPS)  30-31
第4章 ZnO纳米结构的制备与表征  31-43
  4.1 多结状ZnO纳米棒的生长研究  31-36
    4.1.1 实验过程  31
    4.1.2 性能表征与分析  31-34
    4.1.3 生长机制分析  34-36
  4.2 ZnO纳米钉的生长及性能研究  36-41
    4.2.1 实验过程  36
    4.2.2 性能表征与分析  36-40
    4.2.3 生长机制分析  40-41
  4.3 本章小结  41-43
第5章 Ga/In掺杂ZnO纳米结构的制备及表征  43-62
  5.1 Ga掺杂ZnO纳米结构的生长与性能研究  43-52
    5.1.1 实验过程  43
    5.1.2 形貌、组分及结构分析  43-46
    5.1.3 光学性能研究  46-49
    5.1.4 Ga掺杂ZnO纳米结构的场发射性能  49-52
  5.2 In掺杂ZnO纳米结构的生长与性能研究  52-61
    5.2.1 实验过程  52
    5.2.2 形貌及晶体结构分析  52-56
    5.2.3 光学性能研究  56-61
  5.3 本章小结  61-62
第6章总结  62-63
参考文献  63-71
硕士期间发表的论文  71-72
致谢  72

ZnO纳米材料的制备、掺杂及性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文