论文部分内容阅读
氧化锌（ZnO）是一种具有纤锌矿结构的自激活直接带隙半导体材料,具有独特的电、光、磁、机械、化学性质,在微电子器件和光电器件等领域具有巨大的应用潜力。ZnO材料的性能不仅取决于其组成、结构和尺度,还取决于其维度和形态,因此在材料的生长过程中对其结构、组分、形状、尺度和位置进行控制生长,能实现对其性能进行设计不是、选择组装,对开发其各种功能有重要的应用价值。本文对ZnO材料的形态控制生长及机理进行了系统研究。 分别采用水热合成法和高温气固法,通过调控工艺条件,实现了ZnO形态的控制生长,水热法中控制反应物浓度、温度、升温速率、反应时间等工艺参数,制备出六方棒、尖头棒和阵列、六方管、片状棒阵列和片状管阵列等形态。气固法中控制原料种类、温度、气体压力、基板等工艺参数,制备出树枝状、网格状、阵列、梳状等形态。用X射线衍射、扫描电镜、投射电镜对各种形态的成分、形貌和结构进行表征。 六方棒和管具有笔直规则的构形和平整光滑的表面,片状棒和片状管阵列垂直生长在基板上,相互交错生长的ZnO纳米片排列在棒或管的侧面。对水溶液体系的化学反应过程进行了分析,溶液反应温度在沸点以下时,ZnO趋于形成理论结晶形态,生长成六方棒;在沸点以上体系趋于达到热力学稳定态,ZnO棒的极性面被溶解刻蚀形成管状。反应物的浓度决定ZnO结晶形态的尺度大小。快速升温时,反应初期在基板上生长的ZnO薄膜对于ZnO棒垂直于基板生长有重要的影响,ZnO纳米片围绕棒的侧面二次成核生长形成片状棒阵列,极性面被刻蚀溶解形成片状管。 树枝状是六方柱形主干的六个侧面以一定角度生长一排分支。网格状是ZnO带在空间相交成60°角交错生长成整齐的网格,梳状是ZnO长带状的一侧边整齐垂直地生长一排分支。气固反应体系中,晶体生长机制是VS机理。形态控制生长的关键是控制Zn（g）和O2（g）分压。升高反应温度生成Zn（g）的分压增大,树枝状和网格状形态是较高Zn（g）分压下形成,梳状形态是较低的Zn（g）分压下形成,改变原料用量比例,Zn（g）和O2（g）的分压大小变化,直接影响晶体的结晶的形态,如梳状形态的分支有棒状、针状、齿状。