ZnO纳米棒阵列的制备及其物性研究

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宽禁带半导体ZnO成为当前世界性的热点课题,因为在常温下具有大的带隙(3.37eV)和激子束缚能(60meV)、高的电声耦合系数,以及在极端条.下的工作能力。其中,ZnO一维纳米材料的制备和表征获得了特别的关注,因为这种材料具备奇妙的电学、光学和机械性能。这种材料将在紫外激光器、透明电极、光学波导、太阳能电池、气敏材料、晶体管等方面有重大应用前景。ZnO一维纳米结构可以通过多种方法来制备,如热蒸发法、化学气相沉淀法(CVD)、水热法等。这些制备方法主要分为两大类,一类是溶液法,另一类是气相法。热蒸发方法是一种简单的得到一维纳米结构的生长方法。最初,人们常用催化剂辅助生长,但往往引入了不需要的杂质。后来,人们直接用Zn或者ZnO粉作为源,借助自催化过程来生长,现已取得很好的结果。 我们则采用简单的热蒸发方法来制备ZnO纳米棒。下面简要的介绍一下本论文工作的主要内容和结果: 1.热蒸发法在ZnO薄膜上生长ZnO纳米棒 首先用脉冲激光(PLD)的方法在Si衬底上生长一层ZnO薄膜,并对薄膜的形貌和结晶质量表征;其次,在不同的生长温度下,用热蒸发Zn粉的方法,在ZnO薄膜上生长ZnO纳米棒,在适当的生长条件下,得到了取向一致的垂直衬底表面的纳米棒阵列,进而研究样品的物理特性和探讨了其生长机制。 2.热蒸发法在Si片上生长ZnO纳米棒 常压下,采用蒸发Zn粉,在距Zn源不同位置的Si片上得到了垂直衬底表面取向的、直径均匀的ZnO纳米棒,Si片放置在Zn源正上方是关键的因素。在实验中,衬底Si片上没有使用金属催化剂和预先沉淀一层ZnO薄膜的,避免了引入杂质和简化了预沉积ZnO薄膜的程序。场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征了样品的形貌,X射线衍射谱表征样品的结晶质量,以及测试了常温下的光致发光(PL)特性;根据样品的变温的PL谱和样品的生长环境,还探讨了样品缺陷发光的原因;进一步,研究了样品的X射线光电子能谱(XPS)和拉曼谱(Raman),讨论了样品的成分分析和晶格振动模式;最后探讨了样品的生长机制。
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