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ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族半导体化合物材料,具有较大的禁带宽度(约为3.37eV),ZnO激子结合能在室温条件下约60 meV,室温或高温环境下的受激发射效率较高。ZnO晶体具备非中心对称特性,因而压电和热电等方面具有优异的性能。纳米ZnO结构表现出的量子限域效应,使其在制作太阳能电池、传感器、光电器件、光电二极管、紫外发射器件等领域具有优异的研究和应用价值。因此,ZnO作为理想的半导体材料,近年来受到广大研究工作者的关注,并成为热点研究课题之一。
关于ZnO纳米材料的制备方法有很多,本文采用的是一种简单、易于操作的、可大批量生产的溶胶-凝胶法和化学水浴沉积法(CBD)组合制备高性能ZnO纳米结构,这种方法的优点是不需要特殊表面活性剂,能够在室温下生长,操作简便,材料低廉。本文采用CBD法制备出形貌可控的ZnO纳米粉末,包括:杆状、团状和花枝状纳米结构,研究了其结构特征和形貌特点,研究了不同浓度控制下ZnO形貌的演变过程以及生长机制。
其次,深入研究了在Si和黑硅衬底上制备ZnO纳米杆,通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、拉曼光谱、光致发光光谱、X射线光电子能谱研究了衬底对ZnO结构的影响,结果表明,激光作用硅表面后,形成的黑硅材料上制备的ZnO具有较小的应力,为制备高质量的ZnO纳米结构奠定基础,并讨论了种子层对ZnO纳米杆长度和直径的影响,研究了调控机理。
最后,在以上研究的基础上,本文系统研究了氮化镓/蓝宝石衬底上六角形ZnO纳米结构的形成,通过研究实验参数对ZnO纳米结构的影响,可控制备出形貌各异的ZnO纳米结构;控制其生长动力学过程,制备出具有高(100)表面的ZnO纳米多层片,进一步给出了不同因素对ZnO晶片形貌和生长动力学过程的影响。