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氧化锌是一种重要的宽禁带半导体材料,它在紫外光电子学器件,气体传感器应用等方面有着独特的优势。在纳米尺寸下,氧化锌表现出特殊的物理、化学等性能,因而,引起了人们的广泛关注。
本论文采用化学气相沉积工艺,通过热蒸发锌粉,在富锌条件下生长了氧化锌四角结构和细小纳米线顶端三角架结构。它们的尺寸分别为~200 nm与20~50 nm。场发射扫描电子显微镜,透射电子显微镜,X射线衍射研究发现它们属于纤锌矿结构,组成该种结构的四条腿沿着<0001>方向生长,具有接近正四面体的对称性,它们之间通过孪晶面相连接。研究还发现,孪晶面呈菱形。按照正四面体对称性的理想模型分析该孪晶面应为{3038},高分辨透射电子显微镜分析结果为{1013},这种差别可能是由于生长过程中的应力或者高能面向低能面迟豫的结果。利用八重孪晶解释了该种结构在富锌条件下的生长过程。研究了这些纳米结构的光吸收、拉曼散射与光致发光行为,并且通过近场光学显微镜观察了四角结构的发光和光波导行为。
采用热蒸发锌粉的化学气相沉积工艺,生长了氧化锌纳米线阵列。利用动力学理论,研究了氧化锌纳米线阵列的生长过程,提出了纳米线阵列由薄膜生长向一维纳米材料生长过程的转变机制。接着,研究了这种纳米线阵列的光致发光和场发射行为。光致发光研究表明氧空位引起的蓝绿发光起主要作用,场发射研究发现它的开启电压约为5.3 V/μm。
采用热蒸发锌粉的化学气相沉积工艺,生长了氧化锌纳米线珠链结构。它们是一种纤锌矿单晶结构,由不同直径的氧化锌沿着<0001>方向交替生长而成。基于量子尺寸限域效应分析了纳米线珠链的能带结构,并且研究了它们的光致发光和拉曼散射行为。结果显示它们是一种周期性势阱结构,并且表现出明显的A1(TO)与E1(TO)拉曼模式增强行为。
采用电子束曝光工艺在单根氧化锌纳米线、四角结构上沉积金属电极,研究了它们的电输运性能。并把四角结构做成多端器件,研究了它们在不同光波段下的光电导行为和在氧气氛下的气体传感行为。研究发现氧化锌四角结构器件对波长较短的紫外部分敏感,并且对氧气敏感。这种多端器件由于可以同时对同一个外界信号进行多个响应,在对响应信号真伪的甄别方面具有独特优势。