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Mg掺杂ZnO纳米薄膜和纳米结构的制备及特性研究

作　者: 刘航
导　师: 庄惠照
学　校: 山东师范大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: ZnO纳米材料 Mg掺杂化学气相沉积法晶体生长
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

由于ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族宽禁带化合物半导体材料而且具有较大的激子束缚能,所以在科学研究和技术应用领域很受关注。通过掺杂,ZnO纳米材料可以改变性质和提高性能,因此国内外多个研究小组通过不同的方法成功制备出多种元素掺杂ZnO纳米材料。而通过Mg掺杂,可以实现对ZnO能带调制作用,从而获得更加广泛的应用。本研究小组成功利用CVD法制备出了Mg掺杂纳米线、纳米带及非掺杂鱼刺状ZnO纳米结构,分析了样品材料的结构、形貌、组分和发光特性,并探讨了其形成机理。1. Mg掺杂ZnO纳米线采用CVD法在Si(111)衬底上制备出Mg掺杂ZnO纳米线:以金作催化剂,通过调节温度、时间、气流,制备出高产率单晶Mg掺杂ZnO纳米线。XRD和TEM的研究表明纳米线为六方单晶纤锌矿结构,生长方向沿[0001]。EDS分析表明单根纳米线中Mg元素含量约为2.6%,XPS分析显示样品表面Mg元素含量约为4.2%。室温光致发光谱(PL)显示掺镁氧化锌纳米线存在紫外发射峰和绿光发射峰,峰位中心分别位于388nm和504nm处,对发光机制进行了详细的分析。最后简单的讨论了Mg掺杂ZnO纳米线的生长机制,对本实验掺杂纳米线的研究对今后ZnO纳米材料性能的提高和广泛应用有较大意义。2. Mg掺杂ZnO纳米带采用CVD法在Si(111)衬底上制备出Mg掺杂ZnO纳米带:以金作催化剂,通过调节温度、时间、气流,制备出大量的长直或弯曲的Mg掺杂ZnO纳米带。研究分析表明:整个纳米带是六方单晶纤锌矿结构,生长方向为[0001],长度达到为几十微米,宽度范围为几百纳米,厚度为几十纳米,单根纳米带中Mg元素含量约为2.9%。最后,分析了Mg掺杂ZnO纳米带的发光特性和讨论了其生长机制。这种具有极高表面比的ZnO纳米结构具有很高的潜在应用价值。3.鱼刺状ZnO纳米结构采用化学气相沉积(CVD)法,以高纯ZnO和活性C混合粉末为原料,在Si(111)衬底上制备了大量取向性鱼刺状ZnO纳米结构。用X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光致发光谱(PL)测试仪及傅里叶红外(FTIR)分析仪对样品的晶体结构、形貌和发光特性进行了分析。最后对晶体生长的特殊形成机制进行了研究,讨论了极性对成核和鱼刺状纳米结构生长的影响。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-26
  第一节 ZnO的基本性质  10-13
  第二节 ZnO纳米材料的性质和应用  13-18
  第三节 ZnO纳米材料研究概述  18-22
  第四节 Mg的基本性质及应用  22-23
  第五节 ZnO纳米材料的制备方法  23-25
  第六节选题依据  25-26
第二章实验设备与测试方法  26-32
  第一节实验设备介绍  26-28
  第二节实验材料  28
  第三节样品的测试和表征  28-32
第三章 Mg掺杂ZnO纳米线的制备和特性研究  32-40
  第一节 Mg掺杂ZnO纳米线的制备  32-33
  第二节 Mg掺杂ZnO纳米线的表征及其特性分析  33-37
  第三节 Mg掺杂ZnO纳米线光学特性分析  37-38
  第四节 Mg掺杂ZnO纳米线生长机制的探索  38-39
  本章小结  39-40
第四章 Mg掺杂ZnO纳米带的制备和特性研究  40-46
  第一节 Mg掺杂ZnO纳米带的制备  40-41
  第二节 Mg掺杂ZnO纳米带的表征及其特性分析  41-43
  第三节 Mg掺杂ZnO纳米带光学特性分析  43-44
  第四节 Mg掺杂ZnO纳米带生长机制的探索  44-45
  本章小结  45-46
第五章鱼刺状ZnO纳米结构的合成和特性研究  46-52
  第一节鱼刺状ZnO纳米结构的制备  46
  第二节鱼刺状ZnO纳米结构的表征及其特性分析  46-48
  第三节鱼刺状ZnO纳米结构光学特性分析  48-50
  第四节鱼刺状ZnO纳米结构生长机制的探索  50
  本章小结  50-52
第六章全文总结  52-54
参考文献  54-60
论文作者在学期间发表的学术论文目录  60-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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