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由于半导体氧化物在光学、光电、催化、压电等领域独特而新颖的应用,基于氧化物的一维纳米材料的研究引起了世界范围内的广泛关注。ZnO作为一种重要的Ⅱ-Ⅵ族直接宽禁带半导体氧化物,在短波光电器件方面的有着广阔的应用前景。ZnO一维纳米材料是纳米材料和重要半导体氧化物的完美结合,各种一维纳米结构的ZnO材料已先后被报道。对ZnO一维纳米结构的制备、性能、生长机理及应用进行系统的研究不论在科研还是实际应用方面都具有重要的意义。 我们的研究主要围绕ZnO一维纳米结构的制备展开,利用热蒸发法和金属有机物化学气相沉积法合成了多种不同形貌的ZnO一维纳米结构;并在此基础上,研究了生长参数对形貌的影响;表征并分析了其组分、结构、光学和场发射性能;并讨论了其生长机理。 我们利用热蒸发法在硅衬底上合成了大量形貌一致,晶体质量良好的高纯ZnO纳米梳,其尖端的直径约为25nm左右,长度分布在800-1500nm之间。我们用热蒸发法还制备了棒状、宝塔状、铅笔状和哑铃状ZnO,测试结果表明其具有高纯度和c轴择优取向。此外,我们还分析了衬底位置、生长温度和生长时间等因素对ZnO形貌的影响,提出了低温形核、高温生长的机理,在此基础上初步实现了ZnO一维结构的可控生长。 我们通过MOCVD低温高温两步法制备了大量分布均匀,沿c轴择优取向生长的高纯ZnO纳米线;其直径和长度的范围分别在30-60nm和200-400nm之间;PL谱中只有一个紫外激发峰,表明用这种方法制备的ZnO纳米线的晶体质量完好,基本没有氧空位。 我们对不同形貌的ZnO一维纳米结构的场发射性能进行了测试,结果较为理想:开启电场均在2V/μm左右,阈值电场在5-8V/μm之间,且F-N拟和良好,发射电流稳定。我们还分析了形貌对场发射性能的影响。