掺杂对四针状ZnO晶须结构与性能的影响

论文摘要

本论文对四针状ZnO（T-ZnO）晶须进行了本征缺陷的控制以及非本征缺陷的掺杂,并对掺杂后的T-ZnO晶须的晶体结构、微观形貌、电学性能、光学性以及湿敏特性进行了表征和研究。通过在空气、N2、H2不同气氛环境下900℃保温并退火处理,控制T—ZnO晶须中的本征缺陷浓度;通过共生法制备了Sn掺杂的T-ZnO晶须;分别通过溶液浸渍法和干法混合对T-ZnO进行预处理引入掺杂元素Al、Fe、Ag等,再高温热扩散让掺杂元素固溶进ZnO晶格。采用扫描电子显微镜（SEM）对所得掺杂T-ZnO进行微观形貌表征,结果表明一定量Sn的加入能促进晶须的c轴方向生长;掺Fe的T-ZnO失去部分针状体尖部结构;掺Al、Ag的样品表面具有覆盖有纳米尺寸的颗粒。采用x射线衍射分析（XRD）、等离子发射光谱（ICP）和光致发光光谱（PL）分别对掺杂T-ZnO晶须的晶体结构、化学组成和能带结构进行进一步分析,发现通过控制气氛与温度能改变T-ZnO中本征缺陷的浓度从而改变了T-ZnO的能带结构,Sn在晶须生长过程中只起催化剂作用;Fe元素完全进入ZnO晶格,并极有可能只取代（110）和（201）晶面的Zn位置:Al元素易于在T-ZnO表面形成ZnAl2O4,部分Al进入ZnO晶格。通过粉体堆积电阻的测量和伏安特性曲线的测试表征了所制备T-ZnO晶须的电学性能,结果发现Fe、Ag掺杂样品导电性能均有提高,掺杂前后电阻降低3个数量级;Al的掺杂产生施主电离,大大提高了T-ZnO的导电性,使电阻下降了6个数量级;以所制备的掺杂T-ZnO晶须为敏感材料制作了简易器件,测试了电阻随相对湿度变化曲线,从而表征

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ZnO的晶体结构和基本性质
• 1.2.1 ZnO的晶体结构
• 1.2.2 ZnO的能带结构
• 1.2.3 ZnO的基本物理性质
• 1.3 四针状ZnO晶须的制备及掺杂
• 1.3.2 ZnO的掺杂方法
• 1.4 掺杂对ZnO性能的影响
• 1.4.1 光学性质
• 1.4.2 电学性质
• 1.4.3 敏感特性
• 1.4.4 磁学性质
• 第2章 实验部分
• 2.1 四针状ZnO晶须的掺杂
• 2.1.1 本征缺陷的控制
• 2.1.2 共生法掺杂Sn
• 2.1.3 高温固溶法掺杂Al、Fe、Ag
• 2.2 材料结构和物理性能的表征
• 2.3 器件制作及导电性能和敏感特性的表征
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 掺杂对T-ZnO形貌与结构的影响
• 3.1.1 共生法制备Sn掺杂T-ZnO晶须
• 3.1.2 高温固溶法制备Al、Fe、Ag掺杂T-ZnO晶须
• 3.1.3 热处理对ZnO晶体结构的影响
• 3.2 掺杂对T-ZnO物理性能的影响
• 3.2.1 掺杂T-ZnO的光致发光性能
• 3.2.2 掺杂T-ZnO的导电性能
• 3.2.3 掺杂T-ZnO的湿敏性能
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果