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氧化锌(ZnO)是一种直接宽带隙化合物半导体材料,其室温禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60meV,其激子能够在室温及室温以下稳定存在,是制备半导体激光器(LD)、(LED)的理想材料。ZnO还是迄今发现的纳米结构最为丰富的材料,ZnO纳米材料作为优良的半导体材料,同时又具有纳米材料所特有的物理、化学特性,在制备纳米光电子器件和纳米电子器件方面有着很好的应用价值。相比于其它制备一维ZnO纳米材料的方法,水热法具有造价低、设备简单和可以大批量生产的优点。探索ZnO纳米材料的低温水热法可控生长,掌握水热条件下ZnO材料的生长特性、研究其潜在的新的物理、化学属性,发展其相关器件应用是ZnO纳米材料的研究热点。本论文主要从ZnO纳米结构的水热法制备、结构表征、生长机制、光致发光性能等方面进行深入研究。主要内容如下: (1)ZnO纳米结构的生长及形貌控制。采用低温水热法在干净的Si基底、镀有金膜的Si基底及干净的Zn片上制备出了花状的ZnO纳米棒。分析了花状形貌形成的机理,并研究了随温度的升高,ZnO由花状结构变为棒状结构的原因。 (2)ZnO纳米棒的定向生长。分别以氧化的锌片、镀有ZnO种子层的Si片和载玻片为基底通过水热法生长出了排列整齐,直径可控且垂直于基底的ZnO纳米棒阵列。探讨了浓度、生长时间及基底等因素对ZnO纳米棒阵列的直径、密度、长度及生长取向性的影响;分析了纳米棒垂直于基底生长的原因;研究了水热条件下ZnO纳米棒的生长习性和各个晶面的生长速率与ZnO纳米棒最终形貌的关系。 (3)研究了ZnO纳米棒阵列在氩气中退火前后的拉曼散射谱。通过分析发现,退火后散射谱在ZnO的特征峰437cm-1处的峰明显增强,这可能是由于退火后ZnO的结晶质量变好,缺陷减少所致。 (4)ZnO纳米结构光致发光性能的研究。花状ZnO和ZnO纳米棒阵列的光致发光图中都出现了380nm处的窄紫外发射峰和一个展宽的绿光发射带。紫外发射峰对应于近带边发射,来源于激子发光,而展宽的绿光发射带可能对应深能级发射,是由ZnO中的缺陷氧空位和锌间隙造成。此外还发现退火后380nm附近的紫外峰强度明显增强,而绿峰的强度极度减小,这可能是源于我们在氩气中退火后氧缺陷得到的了减少,进一步验证了退火能够改善晶体的结晶质量。