学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

ZnO薄膜和纳米晶须的制备及性能研究

作　者: 尉静
导　师: 满宝元
学　校: 山东师范大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 脉冲激光沉积 ZnO薄膜 T—ZnOw 晶粒度表面形貌
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 83次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

21世纪的技术要求器件小型化甚至小至纳米尺寸,而其最终的性能要显著增强。这一要求带动了纳米材料的快速发展。纳米材料独特的性质和优异的性能由其尺寸、表面结构及粒子间的相互作用决定。在众多的纳米材料中,ZnO作为一种直接宽禁带(3.37 eV)半导体材料而备受关注。ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物,具有低介电常数、高化学稳定性等许多优点,在透明导电薄膜、气体传感器和声表面波器件等方面有着广泛用途。本论文以ZnO薄膜和纳米四脚状晶须(T—ZnOw)为研究对象,对其进行制备、表征和分析。在利用脉冲激光沉积系统(PLD)制备ZnO薄膜时,溅射成本较低的金属锌靶,成功的实现了低温生长高质量ZnO薄膜的目的。T—ZnOw的制备是通过两步来完成的:第一步是在PLD系统中沉积参与T—ZnOw生长的锌薄膜和氧化锌薄膜;第二步是在扩散炉中蒸发锌粉生长T—ZnOw。从实验角度上来看,PLD沉积系统能够使锌薄膜和氧化锌薄膜均匀生长,且保持原子级的清洁,这为理论上研究锌薄膜和氧化锌薄膜在T—ZnOw生长中的作用提供了有利的前提。主要内容如下:1、详细介绍ZnO薄膜和T—ZnOw的性质及应用。系统总结了利用XRD衍射峰计算晶粒尺寸和残余应力的理论方法,并对制备的ZnO薄膜的晶粒度及残余应力进行计算和分析。纳米晶须的生长机制一直是纳米材料领域的难点,我们结合实验结果,对其进行了系统的讨论。2、研究溅射金属锌靶沉积ZnO薄膜时,衬底温度对ZnO薄膜质量的影响。对在不同温度下沉积的ZnO薄膜进行了XRD、TEM、FTIR测试。测试结果表明衬底温度在300℃的时候,晶粒尺寸最大,薄膜内部残余应力最小,薄膜结晶质量最好,形成结晶取向一致的单晶薄膜,并对影响薄膜结晶质量的因素进行讨论。ZnO薄膜的Zn-O键伸缩振动特征吸收的峰位置依赖于薄膜的晶粒尺寸。大的晶粒尺寸会导致傅里叶红外吸收峰发生蓝移,反之发生红移。3、研究锌薄膜和氧化锌薄膜对T—ZnOw的形貌及结晶的重要影响。研究有锌薄膜和氧化锌薄膜参与生长的T—ZnOw,同时与在蓝宝石衬底上直接生长的T—ZnOw进行对比。实验结果通过XRD、SEM、TEM、HRTEM测试发现,锌薄膜和氧化锌薄膜对T—ZnOw的形貌和结晶有重要影响。有金属锌薄膜参与的产品结构尺寸均匀一致,产量较高,呈现六棱柱状的脚,结晶质量很好;有氧化锌薄膜参与的产品结构尺寸均匀一致,产量较高,结晶质量较好,呈现锥形的脚;对于没有锌薄膜和氧化锌薄膜而直接生长的T—ZnOw,结构尺寸不均匀,结晶质量也不好。通过分析,发现锌薄膜和氧化锌薄膜会导致T—ZnOw按照不同的生长机制生长,所以我们得到结构、结晶质量差异很大的氧化锌纳米四脚晶须。4、通过增加锌粉的质量来提高生长气氛中的气相饱和度,研究锌蒸气饱和度对T—ZnOw的重要影响。对生成物进行了SEM、TEM、XRD测试发现,高的气相过饱和度增加了晶须侧面捕捉气相原子的几率,导致T—ZnOw的侧面生长,所以得到叶片状脚的空间四脚结构。5、对有金属锌薄膜参与生成的T—ZnOw进行光致发光测试,研究其光学性质。T—ZnOw光致发光谱主要有两个峰组成:以394 nm为中心的紫外发光峰(UV)和以518 nm为中心的绿光发射峰。紫外吸收相对于块体材料有一个比较明显的红移。文章讨论了紫外峰红移以及绿光发射峰出现的原因。

全文目录

中文摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
第一章概述  10-22
  1.1 纳米材料的内涵及性质  10-11
  1.2 ZNO 材料的基本结构和基本性质  11-12
  1.3 ZNO 薄膜及纳米四脚状晶须的应用  12-16
    1.3.1 ZnO 薄膜的应用  12-14
    1.3.2 ZnO 纳米四脚状晶须的应用  14-16
  1.4 ZNO 纳米材料的制备方法  16-20
    1.4.1 ZnO 纳米薄膜制备方法  16-19
    1.4.2 ZnO 纳米晶须的制备方法  19-20
  1.5 论文选题意义及安排  20-22
第二章实验设备及测试方法  22-27
  2.1 实验设备  22-23
    2.1.1 激光溅射系统  22
    2.1.2 热蒸发系统  22-23
  2.2 主要实验材料及试剂  23
  2.3 测试手段  23-27
    2.3.1 X 射线衍射谱（XRD）  23-24
    2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）  24-25
    2.3.3 透射电子显微镜（TEM）  25
    2.3.4 光致发光谱（PL）  25-26
    2.3.5 傅里叶红外吸收（FTIR）  26-27
第三章 ZNO 纳米薄膜的制备与分析  27-36
  3.1 实验设计  27-28
  3.2 实验结果及讨论  28-35
  3.3 本章小结  35-36
第四章ZNO 纳米四脚状晶须的制备和分析  36-51
  4.1 锌薄膜和氧化锌薄膜对T—ZNOW 形貌及结晶质量的影响  36-46
    4.1.1 实验设计  36-38
    4.1.2 实验结果及讨论  38-45
    4.1.3 小结  45-46
  4.2 锌粉的量对T—ZNOW 生长的影响  46-49
    4.2.1 实验方案  46
    4.2.2 测试结果及分析  46-49
    4.2.3 小结  49
  4.3 ZN 催化剂生成的T—ZNOW 的发光性质研究  49-51
第五章结论  51-53
  5.1 本论文的主要研究结果  51-52
  5.2 对今后研究工作的建议  52-53
参考文献  53-58
攻读硕士学位期间完成的论文  58-59
致谢  59

ZnO薄膜和纳米晶须的制备及性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文