玻璃衬底ZnMgO/ZnO纳米材料的制备及性能研究

论文摘要

氧化锌（ZnO）是一种宽带隙半导体化合物材料,室温下的禁带宽度为3.37eV,激子束缚能达到60meV,化学性质稳定,材料类型丰富,通过掺杂具有较好的光电性能。氧化镁（MgO）有很大的能隙宽度（约为7.78 eV） ,而且Mg的离子半径为0.057nm与Zn的离子半径0.06nm非常接近。Mg掺杂ZnO能使纳米材料的禁带宽度在3.37～7.78eV之间连续可调,可制得覆盖从蓝光到紫外光谱区域半导体激光器。因此Mg掺杂ZnO纳米材料的制备及性能研究是一项具有广泛研究意义的课题。本文简要综述了目前氧化锌（ZnO）纳米材料的制备方法、掺杂现状以及MgZnO合金的性能、应用和研究现状。并在此基础上探讨选择化学气相沉积（CVD）法、玻璃衬底,制备出两种独特形貌的ZnMgO/ ZnO纳米材料,分析了形成机制,讨论了生长参数对形貌的影响,如载气流速、生长温度、室内压强。以及简要说明了硅衬底和玻璃衬底对材料形貌、应用领域的影响。此外,还研究了其发光性能。主要有以下三方面的工作:1、ZnMgO/ZnO微纳米球、纳米棒的制备及性能采用化学气相沉积法（CVD）在玻璃衬底上制备出了ZnMgO/ZnO微纳米球、纳米棒,实验过程简单,无需催化剂。用扫描电子显微镜（SEM）观测发现ZnMgO微纳米球是空心、外辐射状。同时得到了排列整齐的MgZnO纳米棒,纳米棒直径100纳米～300纳米不等,MgZnO纳米棒仍保持ZnO纳米棒常见的六边形貌。室温下光致发光谱发现在349.5nm（Origin拟合）和420.5nm有两个典型的发射峰。ZnO纳米棒阵列大面积生成,排列紧凑,ZnO微纳米球生长在纳米棒阵列之上。分析了形成机制。2、ZnMgO带梳、纳米棒的制备及光学性能用化学气相沉积法（CVD）在玻璃衬底上通过改变载气（氩气）的流速和生长温度制备了Mg掺杂ZnO纳米棒和帯梳，实验无催化剂、结构、光致发光性质,我们采用扫描电子显微镜（SEM,J EOL-6360LV）、X-射线衍射仪（XRD,MAC science M18X）、能谱仪（EDS）、He-Cd激光器进行了测试。分析了帯梳的生长过程，Mg掺入产生了226meV的近带边发射峰的蓝移,起到了对ZnO禁带宽度的调节作用。3、玻璃衬底与硅衬底制备ZnMgO纳米材料的比较运用相同的实验方法,平行放置玻璃衬底和硅衬底,制备出ZnMgO微纳米球。并采用扫面电子显微镜（SEM）、能谱图（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、光致发光（PL）谱分别对样品进行了表征。发现导电玻璃衬底有助于纳米材料的快速生成,微纳米球内空心形貌较好;纳米棒粗细、大小均匀。硅衬底微纳米球内外辐射,纳米棒不规则,但有较好的c轴择优生长。简要分析了这些差异的原因机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 课题意义
• 1.2 研究内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 ZnO 的基本性质
• 2.2 ZnO 纳米材料的制备
• 2.2.1 气相法
• 2.2.2 液相法
• 2.2.3 固相法
• 2.3 ZnO 纳米材料的掺杂
• 2.3.1 Co、Mn 等磁性掺杂
• 2.3.2 Mg、Cu 等非磁性掺杂
• 2.4 玻璃衬底制备ZnO纳米材料的研究
• 1-xMg_xO 的晶体结构及应用'>2.5 Zn_1-xMg_xO 的晶体结构及应用
• 第3章 实验方法和测试仪器
• 3.1 实验仪器、原理、步骤
• 3.1.1 制备原理
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 测试仪器及原理
• 3.2.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 3.2.2 X 射线衍射仪（XRD）
• 3.2.3 能谱仪（EDS）
• 3.2.4 荧光光谱（PL）
• 第4章 ZnMgO/ZnO 微纳米球、纳米棒的制备及性能
• 4.1 实验过程
• 4.2 测试与分析
• 4.2.1 扫描电子显微镜（SEM）测试
• 4.2.2 XRD 和EDS 测试
• 4.2.3 PL 谱测试
• 4.2.4 生长机理探讨
• 4.3 本章小结
• 第5章 ZnMgO 带梳、纳米棒的制备及光学性能
• 5.1 实验过程
• 5.2 仪器的改良
• 5.3 测试与分析
• 5.3.1 SEM 和EDS 测试
• 5.3.2 PL 谱测试
• 5.3.3 XRD 测试
• 5.3.4 生长机理与模型
• 5.4 本章小结
• 第6章 玻璃衬底与硅衬底制备ZnMgO 纳米材料的比较
• 6.1 实验方法
• 6.2 测试比较
• 6.2.1 SEM 测试形貌比较
• 6.2.2 EDS 测试成分比较
• 6.2.3 XRD 测试结构比较
• 6.2.4 PL 谱测试光致发光比较
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文情况
• 致谢