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ZnO作为一种宽禁带(Eg=3.37eV)半导体材料具有独特的电学和光学特性,成为近来研究的热点之一。由于其优良的光学特性,被认为是未来纳米激光器的最佳材料;由于其表面吸附作用,ZnO材料在气敏元件等方面也具有重要的应用。近来研究人员发现ZnO可以做为制造平板显示器的材料。因此ZnO纳米线引起了人们的注意,成为交叉学科研究的新的亮点。
利用真空环境,我们使用化学气相沉积法在Si和GaAs基底上制备了单晶的直径在十纳米到几十纳米的ZnO纳米线。我们的制备方法中明显的特点就是蒸发源温度较低,低于已发表的文献上的蒸发源温度。实验中基底的温度也保持在500℃以下,这对以后实际应用具有意义。
实验中利用氧化处理和基底渗透等方法制备了As掺杂的ZnO纳米线,EDX和HRTEM等结果表明As均匀分布在ZnO纳米线。通过分析了不同实验条件对掺杂的影响,我们发现通过控制氧化处理的时间和温度可以降低ZnO纳米线中由于氧缺位等缺陷而引起的自补偿效应,通过控制退火处理的时间和温度可以控制掺杂的浓度和效果。
实验研究了ZnO纳米线组成的薄膜的电学特性,发现ZnO纳米线薄膜在开启电压前后具有良好的开关特性,其开关比>103,同时ZnO纳米线薄膜表现为n型半导体导电特性。实验研究了单根ZnO纳米线的场效应特性,通过对As掺杂前后的ZnO纳米线材料的场效应特性进行比较可以得出,As掺杂前的ZnO纳米线材料表现为n型导电特性,As掺杂后表现为p型导电特性。
实验研究了ZnO纳米线薄膜的光学特性。通过研究As掺杂前后的ZnO纳米线薄膜发光特性,发现As掺杂较大的改善了ZnO纳米线的发光,本征发光峰移动到393nm处,同时掺杂后的蓝绿发光强度有了一定程度的提高。