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氧化锌块状、薄膜和纳米晶体的制备及性质研究

2020-11-23阅读(203)

氧化锌块状、薄膜和纳米晶体的制备及性质研究

论文摘要

氧化锌（ZnO）晶体材料作为最重要的光电子材料之一在当今高科技领域日益受到重视。氧化锌晶体因为ZnO4四面体的不对衬分布，高的介电常数和大的机电耦合系数，使其具有良好的压电性能；由于ZnO能带间隙（3.37eV）介于6H-SiC（3.0eV，2K）和GaN（3.5eV）之间，又是理想的宽带半导体材料；还因其高的激子激活能（60MeV）和受激可产生紫外辐射而在激光器光储能方面应用前景广阔。所以ZnO作为电子材料不仅广泛地应用于压电传感器、压敏器件、发光器件和高质量催化剂等方面，还将不断满足对于短波光学器件及高能高频电子设备的需求。特别是氧化锌不仅在波长方面比氮化镓有特点，而且在价格和寿命等方面有优势。优质大尺寸ZnO晶体的研制将使其作为高质量的外延衬底材料而带动半导体激光管（LD）和高亮度发光管（LED）技术工艺的巨大发展，促进显示和照明模式的变革。 而ZnO薄膜具有外延生长温度低，有利于降低设备成本，易于实施掺杂等优异特性使其在表面声波、太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。随着各种新制备方法的发展成熟和p型掺杂等关键技术的实现，ZnO薄膜作为一种新型的光电材料获得更大的发展潜力。 纳米半导体材料的制备和性能研究近几年已成为多学科交叉研究的热点。纳米氧化锌由于其特殊体积效应和表面效应而在光、电、磁力学和化学等各方面更是具有普通氧化锌材料无法比拟的特性和用途，在工业各领域具有十分广阔的应用前景。探索新型而简便的方法合成优质纳米材料是材料科学所面临的重任。 在本文中，我们以氧化锌晶体这种重要的光电材料作为研究对象，分别制备了ZnO单晶体、ZnO薄膜和ZnO纳米晶，并对其结构特性和材料性能进行了深入的研究和讨论。 一、氧化锌单晶的生长学研究。 采用水热温差法，采用双温区高压反应釜，使用黄金内衬(φ35cm

论文目录

  • 目录
  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • §1.1 当今光电材料技术的发展
  • §1.2 新一代光电材料-氧化锌
  • 1.2.1 氧化锌晶体在光电材料技术中的应用
  • 1.2.2 氧化锌薄膜技术的应用
  • 1.2.3 氧化锌纳米技术的应用
  • §1.3 本文的研究思想及研究内容
  • 参考文献
  • 第二章 氧化锌单晶的生长
  • §2.1 引言
  • 2.1.1 氧化锌单晶生长的意义
  • 2.1.2 氧化锌单晶体的制备及研究现状
  • §2.2 水热生长原理、设备及主要工艺
  • 2.2.1 水热生长原理
  • 2.2.2 生长设备
  • 2.2.3 生长工艺
  • §2.3 氧化锌晶体的水热生长实验
  • 2.3.1 实验方法
  • 2.3.2 水热生长条件对ZnO晶体的结晶速度的影响
  • 2.3.3 实验条件对晶体质量的影响
  • 2.3.4 晶体缺陷及影响晶体完整性的因素
  • §2.4 助熔剂生长原理、设备及主要工艺
  • 2.4.1 助熔剂生长的意义
  • 2.4.2 助熔剂生长原理
  • 2.4.3 生长设备及工艺
  • 2.4.4 ZnO晶体的助熔剂生长实验
  • §2.5 晶体生长结果比较与评价
  • §2.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 氧化锌晶体的结构、形貌及性质研究
  • §3.1 引言
  • §3.2 氧化锌晶体的结构表征
  • 3.2.1 氧化锌晶体的结构
  • 3.2.2 ZnO晶体的X射线衍射
  • §3.3 氧化锌晶体的形貌学研究
  • 3.3.1 ZnO晶体的成核与生长
  • 3.3.2 水热条件下ZnO晶体的结晶形貌
  • 3.3.3 水热生长条件对ZnO晶体的结晶形貌的影响
  • §3.4 氧化锌晶体的热稳定性
  • §3.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 氧化锌薄膜的制备及表征
  • §4.1 引言
  • 4.1.1 制备氧化锌薄膜的意义
  • 4.1.2 氧化锌薄膜的制备方法
  • §4.2 氧化锌薄膜的制备
  • 4.2.1 衬底的处理
  • 4.2.2 溶液的配制
  • 4.2.3 薄膜的制备
  • 4.2.4 影响薄膜质量的一些因素
  • §4.3 氧化锌薄膜的结构表征和光学性质
  • 4.3.1 红外分析
  • 4.3.2 ZnO薄膜的厚度与粗糙度检查
  • 4.3.3 结构特性
  • 4.3.4 表面特征
  • 4.3.5 光学性质
  • §4.4 实验条件对ZnO薄膜制备的影响
  • 4.4.1 退火时间的影响
  • 4.4.2 退火温度的影响
  • 4.4.3 溶剂的影响
  • 4.4.4 衬底的影响
  • §4.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 氧化锌纳米晶的制备及表征
  • §5.1 引言
  • 5.1.1 制备纳米氧化锌晶体的意义
  • 5.1.2 氧化锌纳米晶的制备方法
  • §5.2 氧化锌纳米晶的制备
  • §5.3 氧化锌纳米晶的表征
  • 5.3.1 氧化锌纳米晶的结构特性
  • 5.3.2 氧化锌纳米晶的表面特征
  • 5.3.3 氧化锌纳米晶的光致发光光谱
  • §5.4 实验条件对氧化锌纳米晶制备的影响
  • 5.4.1 退火温度的影响
  • 5.4.2 溶剂的影响
  • §5.5 稀土离子掺杂对氧化锌纳米晶发光性质的影响
  • §5.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第六章 总结
  • §6.1 主要结论
  • §6.2 本文的主要创新点
  • §6.3 有待深入研究的问题
  • 附录
  • 致谢
  • 读博士期间发表的论文

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