文档介绍：湘潭大学
硕士学位论文
半导体纳米ZnO的制备、掺杂及光学性质
姓名:李新宇
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:郭建
20070501
湘潭大学硕士毕业论文

摘要

ZnO是新一代宽禁带、直接带隙的多功能II-VI族半导体材料。Zn0纳米材料在光电
器件、表面声波和压电材料、场发射器件、传感器、紫外激光器、太阳电池等方面均具
有广泛的应用前景。
本文系统地研究了 Zn0 晶须的控制合成、生长机理及性能,采用简单的气相反应方
法,实现了 Zn0 晶须形态和尺度的控制生长,制备出形态规则、结构均匀的各种 Zn0 晶
须:一维 Zn0 纳米线、梳妆、花瓣状以及刺猬状 Zn0 纳米结构。利用扫描电子显微镜(SEM,
JEOL-6360LV)和透射电镜(TEM)对实验中制备出的样品的形貌、尺寸和微观结构进行
表征,用 X 射线衍射仪(XRD,MAC science M18X)对其结构和成分进行了分析.
Zn0 晶须生长的关键是控制成核和生长过程,而反应体系的工艺参数决定着成核和
生长过程,最终影响 Zn0 晶须的形貌。刺猬状 Zn0 纳米结构经过两个步骤,先成核,然
后生长纳米线,并发现在通入氧气之前形成的 Zn 液滴对辐射球状结构的形成起关键的
作用;梳状纳米结构的形成先通过 VS 机制形成微米带,一侧的纳米线阵列通过自催化
生长平行于(0001)极性面形成。对样品的光致荧光(PL)谱测量发现了位于 390nm 和
495nm 处的室温光致发光峰,分别对应紫外和绿光发射峰。
对掺杂后的ZnO晶体结构、微观形貌、光学特性进行了表征和研究。采用场发射扫
描电子显微镜(FSEM)对所得掺杂ZnO纳米材料进行微观形貌表征,结果表明一定量Mg的
加入影响晶须的生长形貌。
论文中选用氙灯激发,在不同激发波长作用下,观察到了室温下 MgxZn1-x0 纳米材
料的光致发光((PL)谱在紫外、蓝光及绿光范围内的发光情况。其中,每个 PL 峰对应于
一个特定的激发波长。蓝色发光峰的强度较强,紫外发光峰的强度较弱。同时,在同波
长的激发光的作用下,随着 Mg 含量的增大,Zn0 纳米材料的紫外发射峰上出现了微弱
的蓝移现象(即向高能位置移动)。我们分析认为,实验中所观察到的 Zn0 和 MgxZn1-x0
纳米结构的 UV 发光峰则是由自由激子辐射复合引起的。另外,样品的蓝、绿色发光峰
与纳米材料制备中产生的缺陷有关。

关键词:ZnO, MgxZn1-x0,结构及表面形貌,生长机理,光致发光
I
湘潭大学硕士毕业论文

ABSTRACT

ZnO is a new generationalm ultifunctional II-pound semiconductor with a wide
and direct band gap. ZnO nanostructures show great promising applications in opto-electric
devices surface acoustic wave devices, piezoelectricity materials, field emiters, sensors,
ultraviolet Lasers, solar cells and so on.
ZnO materials exhibit a wide range of electrical and optical properties that depend
sensitively on both shape and size, and are of both fundamental and technological interest. We
have demonstrated a simple vapor-phase approach to control growth of ZnO whiskers. Some
types of ZnO whiskers with various shape and size, including ZnO nanowires、flower-like、
urchin-like b-like nanostructures, have been obtained by controlled growth process in
our laboratory. The micro morphology ,the position and crystal structure of as
prep