镓、锂掺杂的氧化锌纳米颗粒/棒阵列的制备及性能

论文摘要

作为一种直接带隙宽禁带半导体材料,ZnO在短波长光电子器件领域具有广泛的应用前景,但ZnO要作为光电器件应用必须获得性能良好的p型ZnO材料,并实现ZnO同质p-n结。为了进一步提高其载流子的传输性能,构筑“p型ZnO纳米颗粒/n型ZnO纳米棒”这样一种结构的ZnO同质结更具有重要的意义。本文以此为核心,展开对p-ZnO以及“纳米颗粒/纳米棒”结构的制备和研究。采用溶胶中掺Ga3+和等离子体活化NH3气分子的方法制备ZnO:（Ga,N）薄膜,并以此为种子膜,外延生长ZnO纳米棒,构筑ZnO纳米同质p-n结。通过对掺杂薄膜及纳米棒的XRD, SEM,光吸收（Abs）,光致发光（PL）,电致发光（EL）, Hall效应等研究表明:随着Ga3+掺杂量的增加,薄膜晶化程度逐渐下降,晶粒尺寸不断减小;同时Ga3+的掺杂还使薄膜的光学带宽减小,紫外发光强度下降;当Ga3+含量为0.6at%时成功制备了p型ZnO:（Ga,N）薄膜,在其上外延生长的纳米棒具有很好的晶化程度和取向性;通过ZnO同质p-n结的电致发光测试,当激发电压为10V时,初步获得了456nm处的蓝光发射,这为以ZnO同质结为基的光电器件的发展提供了依据。为了增强对纳米点/纳米棒结构的可控性,采用溶胶中掺Li+的方法制备ZnO:Li薄膜,同样以此为种子外延生长ZnO纳米棒,构筑ZnO纳米颗粒/棒结构。研究了在薄膜中掺杂Li+对ZnO纳米棒阵列性能的影响。结果表明:在Li+掺杂提高了薄膜晶化程度、晶粒尺寸和发光强度的前提下,其对纳米棒阵列的晶化程度、取向性和超疏水性也起到了明显的改善作用,尤其值得提出的是这种掺杂使ZnO纳米棒的紫外发光强度显著提高,这对制备单一紫外发光的纳米棒阵列具有十分重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 ZnO 的结构与性质
• 1.1.1 ZnO 的晶体结构
• 1.1.2 ZnO 的光学性能
• 1.1.3 ZnO 的电学性能
• 1.1.4 ZnO 的压电性能
• 1.1.5 ZnO 的气敏性能
• 1.1.6 ZnO 的浸润性能
• 1.2 ZnO 的低维结构的研究
• 1.3 ZnO 的本征缺陷与掺杂
• 1.3.1 ZnO 的本征缺陷
• 1.3.2 ZnO 的n 型掺杂
• 1.3.3 ZnO 的p 型掺杂
• 1.4 本文的研究目的及内容
• 第二章 镓、锂掺杂ZnO 纳米颗粒膜及纳米棒的制备和表征手段
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.2 掺杂ZnO 纳米颗粒膜与纳米棒的制备
• 2.2.1 纯ZnO 纳米颗粒膜的制备
• 3+掺杂ZnO 纳米颗粒膜的制备'>2.2.2 Ga³⁺掺杂ZnO 纳米颗粒膜的制备
• +掺杂ZnO 纳米颗粒膜的制备'>2.2.3 Li⁺掺杂ZnO 纳米颗粒膜的制备
• 2.2.4 ZnO 纳米棒阵列的制备
• 2.3 样品的结构表征与性能测试
• 第三章 镓掺杂ZnO 纳米颗粒膜及外延纳米棒的表征与光电性能
• 3+掺杂ZnO 纳米颗粒膜的表征与光电性能'>3.1 Ga³⁺掺杂ZnO 纳米颗粒膜的表征与光电性能
• 3.1.1 XRD 分析
• 3.1.2 SEM 分析
• 3.1.3 亲水性分析
• 3.1.4 光学性能分析
• 3.1.5 电学性能分析
• 3.2 外延ZnO 纳米棒的表征与光电性能
• 3.2.1 ZnO 纳米棒的结构与形貌分析
• 3.2.2 ZnO 同质p-n 结的光电性能
• 3.3 本章小结
• 第四章 锂掺杂ZnO 纳米颗粒膜及外延纳米棒阵列的光学性能
• +掺杂ZnO 纳米颗粒膜的表征与光学性能'>4.1 Li⁺掺杂ZnO 纳米颗粒膜的表征与光学性能
• 4.1.1 XRD 分析
• 4.1.2 SEM 分析
• 4.1.3 亲水性分析
• 4.1.4 光学性能分析
• 4.2 外延ZnO 纳米棒的表征与光学性能
• 4.2.1 ZnO 纳米棒的结构与形貌分析
• 4.2.2 ZnO 纳米棒的光学性能分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢