论文摘要
随着纳米科学与技术的快速发展,ZnO纳米材料以其独特的光电性能在催化、激光、传感和光伏器件等方面得到了广泛的应用。材料的性能不仅取决于尺寸、结构、成分,还取决于其形貌和维度,因此控制ZnO纳米结构的尺寸、结构和形貌对其进一步的应用具有重要的价值。同时ZnO的异质结构展示出优异的光电性能。本文利用化学浴法和电化学两种简单的方法在不使用表面活性剂的低温条件下制备出了大面积的ZnO纳米棒阵列、花状ZnO纳米片、花状ZnO纳米棒及ZnO纳米管等纳米结构,研究其生长机制和荧光性能；在此基础上合成ZnO/p-Si异质结构,研究了异质结的电学性能和紫外光传感性能。具体内容如下1、通过化学浴法,在低温95℃C的条件下,p型Si衬底上合成了ZnO纳米棒阵列,改变反应溶液的pH值,研究溶液参数对ZnO形貌的影响,结果分析表明当反应溶液浓度为0.1 M/L pH值为10.6时,ZnO纳米棒为纤锌矿结构,呈现正正六角形,阵列均匀整齐。在室温下用波长为325nm的激光作为激发光,ZnO纳米棒阵列光致发光谱显示紫外本征发射和绿色缺陷发射。在此基础上,构成n-ZnO纳米棒阵列/p-Si异质结构,Ⅱ-Ⅴ曲线表明具有明显的整流特性,正向开启电压大约为2.28V,反向截止电压高达7.5V,漏电流为0.05mA。不同衬底对纳米ZnO形貌影响比较明显：铝片或镀铝的衬底上得到花状ZnO纳米片结构或花状ZnO纳米棒结构；Cu、Mo、Ag和ITO导电玻璃衬底都为棒状结构。结果在ZnO纳米结构的合成和器件设计等领域有重要参考价值。2、低温条件下,选择性腐蚀电化学合成的ZnO纳米棒,在p型Si衬底上控制合成了ZnO纳米管阵列,构成ZnO纳米管阵列/p型Si异质结构（n-ZnONT/p-Si）。ZnO纳米管阵列光致发光谱显示,在378nm处出现了很强的紫外发光峰,而在500 nm左右存在一个较宽的绿光发光峰,表明ZnO纳米管结晶较好。Ⅰ-Ⅴ曲线显示n-ZnONT/p-Si异质结构在紫外光照射的光暗两种条件下都表现出了较好的整流特性。紫外光照射下,反向电压区电流出现了较大的变化,反映出n-ZnONT/p-Si异质结有较强的紫外光响应,因此有望成为潜在的紫外光探测器件。3、基于以上所得到的结果：同样的条件下,A1片衬底上生长花状的ZnO结构。有目的的将玻璃衬底材料上溅射A1层,并调节溶液pH值,从而控制合成了花状ZnO纳米片结构和花状的ZnO纳米棒结构。花状纳米片结构退火后410nm处由Zn空位引起的蓝色光致发光峰消失,550nm处由O间隙引起的黄色光致发光峰增强,表明退火可能导致样品中处于主导地位缺陷的浓度或者类型改变。花状ZnO纳米棒结构的PL谱中有一个非常强的紫外发射峰（380nm左右）,退火后,除紫外光发射峰强度增强外,500nm处的绿色发射峰也反常地增强。结果说明铝衬底上ZnO纳米结构,退火可能导致样品中处于主导地位的缺陷浓度或类型改变,不一定能完全提高晶体质量。这种在衬底上生长的高密度大面积的花状结构有望在光电子器件、传感器件、及太阳能电池中得到的应用。