论文部分内容阅读
ZnO是一种新型的直接带隙宽禁带Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，激子结合能为60meV。通过掺杂Ⅲ族元素（如Al、Ga、In），ZnO的电导率可以提高几个数量级，是一种典型的透明导电氧化物(TCO)材料。相对于In2O3:Sn (ITO),SnO2:Sb(ATO), and SnO2:F (FTO)等其它TCO材料而言，由于Al掺杂ZnO（AZO）具有价格低廉、无毒及电导率高等特点，故而是一种最有希望商业化应用的TCO材料。本论文分别采用溶剂热法、溶胶凝胶法、溶胶凝胶水热法等化学法制备了ZnO及AZO纳米粉体，并用透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、扫描电镜能谱（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、电子显微探针分析（EPMA）等分析测试手段对纳米材料的尺寸、结构、形貌及其电性能进行了表征。主要内容如下：（1）采用溶剂热法制备了ZnO纳米粉体，结果表明溶剂热法中OH-的存在对ZnO纳米晶体极性生长有重要的影响，加入NaOH生成的ZnO纳米粉体为棒状，而未加入NaOH生成的ZnO纳米粉体为成球状。（2）采用溶剂热法制备了AZO纳米棒。随着Al离子掺杂量的增加，AZO纳米棒的直径变粗，长度变短，原因可能是Al离子取代了Zn离子引起的晶格畸变阻碍了ZnO的极性生长；随着Al离子掺杂量的增加，AZO体电阻率先显著的减小，然后缓慢的增加，当Al掺杂量为2%，其体电阻率最小，为6.47x10~2Ω·cm。（3）采用溶胶—凝胶法制备了AZO纳米棒。体电阻率最小为5.15×105Ω·cm，远大于溶剂热法合成的AZO的体电阻率。原因可能是由于烧结时氧分压很大，抑制了ZnO失氧和非化学计量的ZnO形成以及正电中心Al~+Zn的数量，导致AZO晶体中载流子（电子）数目减少造成的。（4）采用新颖的溶胶—凝胶水热法制备了AZO纳米粉体。在矿化剂NaOH的含量为2g情况下，随着Al掺杂的浓度的增加，AZO纳米晶体的形貌变化不大，当Al掺杂量为2%，体电阻率最小。当Al掺杂量为2%时，研究了NaOH含量对AZO形貌和电性能的影响，结果表明随着NaOH的含量增加，AZO纳米晶体由球形变成棒状再变成有片状组成的球状，而其体电阻率先减少再增加，当NaOH含量为4g时，得到的棒状AZO的电阻率最低，为4.69×10~2Ω·cm。溶胶凝胶水热法制备Al掺杂ZnO纳米粉体的最佳条件为：Al掺杂量为2%，NaOH含量为4g。