ZnO及其Eu掺杂一维纳米结构的高温PLD制备研究

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氧化锌(ZnO)是一种众所周知的宽带隙半导体材料。目前ZnO研究的重点和难点是其各种掺杂材料的制备及性能的提高,通过不同元素的掺杂,可使ZnO的应用更广泛,对半导体电子行业的发展具有重要的意义。而脉冲激光沉积法(PLD)因其可均匀制备,可控性强,易于掺杂等优势,成为研究掺杂纳米结构的一种重要的手段。 本论文采用高温脉冲激光沉积法(PLD)制备ZnO及铕(Eu)掺杂的ZnO一维纳米结构,通过扫描电子显微镜(SEM)、x射线衍射(XRD)、x射线光电子能谱(XPS)、电子透射显微镜(TEM)及光致发光谱(PL)、阴极光致发光谱(CL)对所得的纯ZnO及ZnO:Eu一维纳米结构制备进行一系列的研究,从而更好地了解用高温PLD方法制备出的一维纳米结构的生长机制,对ZnO的掺杂纳米材料的进一步研究具有重要的价值。 本论文主要内容有如下两点: (一)ZnO-维纳米结构的高温PLD制备研究通过高温PLD用Au作催化剂,在Si衬底上制备出两种一维ZnO纳米结构:直径大于100nm的大尺寸纳米棒,直径小于100nm的小尺寸纳米线。通过对比研究,发现小尺寸的纳米线项部具有Au颗粒,而大尺寸的纳米棒中没有发现作为催化剂的Au颗粒的存在。而Au催化剂的存在不影响.ZnO一维纳米结构的生长方向,两种结构均沿c轴方向生长。由进一步的荧光光致发光(PL)结果的对比分析可知,大尺寸的纳米棒相对于小尺寸的纳米线,ZnO内部的缺陷增多,主要是缺陷发光。 (二)Eu掺杂ZnO一维纳米结构的高温PLD制备研究将ZnO和Eu2O3按一定比例混合,经研磨、压靶、烧结等简单过程获得PLD所需的激光溅射靶材。通过PLD方法,用Au做催化剂在Si衬底上制备出.ZnO:Eu纳米棒,尺寸为直径50-60nm,长度500nm左右。通过SEM、XRD、TEM、XPS、EDS表征其结构和组分等,通过PL和CL分析其发光性能。本实验用PLD方法制备出均匀生长的ZnO:Eu纳米棒,但溅射出的Eu2O3并没有完全进入ZnO晶格,这是由于Eu原子与Zn原子的原子半径相差过大造成的,且该纳米棒是基于VLS机制生长的。本次实验所得ZnO:Eu纳米棒在常温下Eu3+离子的跃迁不明显,可做进一步的低温发光性能的研究。同时分析表明,Eu3+离子的掺入改变了ZnO纳米线的生长方向,使得ZnO纳米棒沿a轴方向生长。并且,本论文作者通过高分辨TEM(HRTEM)表征,清晰表征出纳米棒顶部Au-Zn合金的晶格,发现了Au-Zn合金晶格与ZnO的a轴生长方向的外延关系,这对分析ZnO:Eu纳米棒的生长机制具有重要的意义。
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