ZnO纳米结构的制备及其发光特性研究

论文摘要

本工作分别采用热蒸发技术和螺旋波等离子体辅助射频溅射技术研究了一维ZnO纳米线和二维ZnO量子阱结构的制备过程。对一维ZnO纳米线,通过扫描电子显微镜、X射线能谱、X射线衍射等技术对所制备样品的结构、成分以及晶态特征进行了表征。探讨了纳米线的生长机制及其光致发光特性。对二维ZnO量子阱结构,在采用原子力显微镜和X射线衍射等技术对ZnO外延薄膜和MgxZn1-xO薄膜的表面结构、薄膜外延特性进行分析的基础上,利用光致发光谱和激发谱技术对MgZnO／ZnO／MgZnO量子阱光吸收及发光特性进行了研究。研究结果表明：（1）ZnO纳米线结构的生长满足气液固生长机制,且呈现纳米线顶端生长模式。通过蒸发源中C与ZnO的比例控制可以实现纳米ZnO结构的调整,质量比为1：10时有利于纳米线的生成,1：6时可得到ZnO纳米网状结构,纳米ZnO主要呈现峰位在375nm的紫外发光；（2）采用等离子体辅助溅射技术能够在较低的衬底温度下实现高质量的ZnO薄膜外延生长,然而,较高的衬底温度所引起的表面反应变化不利于薄膜中的氧空位及锌填隙等缺陷的减少。（3）MgxZn1-xO薄膜与纯ZnO薄膜相比,MgxZn1-xO薄膜的外延质量下降；随x值的增加,薄膜晶格常数逐渐减小,光学带隙逐渐增大。（4）MgZnO／ZnO／MgZnO量子阱的光致发光谱和荧光激发谱的实验结果表明,阱宽为1.6nm的ZnO量子阱在355nm处呈现较强的低温紫外发光,该量子限域发光主要产生于MgZnO垒层激发的载流子迁移到ZnO阱层的复合发光。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 半导体材料发展简介
• 1.2 ZnO的结构特性
• 1.3 ZnO纳米材料的研究意义及应用
• 1.4 ZnO材料的合成技术
• 第2章 材料检测技术
• 2.1 X射线衍射
• 2.2 能谱仪原理（EDS）
• 2.3 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.4 原子力显微镜（AFM）
• 2.5 紫外—可见透射光谱（UV-VIS Transmission）
• 2.6 光发射谱（PL）
• 2.7 霍尔效应测量（Hall Effect）
• 第3章 热蒸发技术制备一维ZnO纳米线
• 3.1 实验装置和实验过程
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 衬底处理
• 3.1.3 实验过程
• 3.2 ZnO纳米线的生长
• 3.2.1 ZnO纳米线的成核阶段
• 3.2.2 ZnO纳米线生长初期
• 3.2.3 ZnO纳米线的增长阶段
• 3.3 不同源材料质量比对ZnO纳米线的影响
• 3.4 小结
• 第4章 螺旋波等离子体辅助溅射法制备ZnO外延薄膜和MgZnO薄膜
• 4.1 ZnO外延薄的制备
• 4.1.1 螺旋波等离子体辅助射频溅射技术制备ZnO外延薄膜原理
• 4.1.2 实验装置和原理
• 4.1.3 ZnO薄膜生长的衬底选择
• 4.1.4 实验过程
• 4.1.5 不同温度下制备的ZnO薄膜及其特性分析
• 1-xMg_xO合金薄膜制备的实验过程'>4.2 Zn_1-xMg_xO合金薄膜制备的实验过程
• 4.2.1 实验结果及分析
• 4.3 小结
• 第5章 MgZnO/ZnO/MgZnO量子阱的发光特性
• 5.1 MgZnO/ZnO/MgZnO合金薄膜制备的实验过程
• 5.2 实验结果及分析
• 5.3 小结
• 第6章 结束语
• 参考文献
• 致谢