用纳米球类光刻技术可控制备ZnO纳米点的研究

来源 :浙江大学材料与化学工程学院 浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:arile1027
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ZnO作为一种宽禁带半导体材料,在发光器件、透明电极、光探测、压电转换等领域备受关注。和体材料相比,ZnO纳米点由于量子效应具有更大的带隙能量和更高的激子束缚能,使得纳米器件的性能更加优异,目前自组织方法生长的ZnO量子点分布、密度和尺寸都是随机的,不均匀的纳米点的受限能级弥散在一定范围之内,造成很大的发光展宽,降低了器件的性能。因此为了提高ZnO纳米点的均匀性,实现尺寸和密度的可控生长,提出用纳米球类光刻技术制备ZnO纳米点。本文首先介绍了量子点和纳米球类光刻技术的研究现状,并将其联系起来,首次在室温下用纳米球类光刻技术直接生长出ZnO纳米点,呈规则周期排列,研究了其发光性能,并重点研究了通过改变沉积时间,实现ZnO纳米点的尺寸可控生长。其中主要的研究结果如下:1.在室温下,用纳米球类光刻技术结合电子束蒸发在Si(100)衬底上得到了呈六边形周期排列的ZnO纳米点,形貌为类三角形,边长约100nm,密度约为1.25×109 cm-2;沉积时间为1 min时,原子力显微镜测出ZnO纳米点的高度约为5 nm;XRD测试表明ZnO纳米点具有良好的c轴取向性;室温光致发光谱测试表明其能带相对于ZnO薄膜蓝移了74 meV,低温下(12 K)蓝移60 meV。2.利用纳米球类光刻技术,通过改变电子束蒸发的沉积时间,可以控制ZnO纳米点的大小。随着生长时间从1 min增长到2 min到3 min,ZnO纳米点的厚度增加,室温光致发光谱测试表明,自由激子束缚能从3.378 eV降低到3.354 eV到3.314 eV,和ZnO薄膜相比,表现出了不同程度的蓝移。另外还可以通过改变模板中纳米球的大小,实现ZnO纳米点的位置和密度可控。3.用纳米球类光刻技术结合不同的沉积方法,得到不同形貌的ZnO纳米材料,磁控溅射沉积后得到规则排列的网状ZnO纳米材料,脉冲激光法沉积后得到多孔状ZnO纳米材料,这种规则排列的网状和多孔状纳米结构可能具有光子晶体的性能,在光学器件和光通讯上有重要的用途。
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