氧化锌作为第三代最重要的新型宽禁带半导体材料之一,除了以其优异的物理化学性能在光电子领域具有广阔的应用前景以外,由于还拥有压电、非线性、稀磁性等独特性质,为人们开辟新的研究领域如压电电子学、自旋电子学提供了一个理想的素材。与其它两种第三代新型宽禁带半导体材料碳化硅和氮化镓相比,氧化锌具有资源丰富、环境友好、价格低廉、化学和热稳定性好(在高温下与空气不会发生反应)、抗辐照损伤能力强、易于湿化学刻蚀等优点。因此,从纳米结构的制备到体块单晶的生长,一直是材料科学与工程发展的前沿领域和研究热点。纳米结构尤其是一维纳米结构因为其在理解基本的物理概念以及在纳米电子学和纳米光电子学中有着潜在的价值和应用而引起人们广泛关注。比如它们是研究材料的电学输运性质、光学性质以及力学性质与材料的尺寸及维度之间的关系的理想体系,并最终在制作用于光互连和实现其它功能的纳米电子或光电子器件中发挥重要的作用。氧化锌由于其极性生长特性,在制备一维纳米结构方面有着得天独厚的优势。在过去的十几年中,人们开发出各种不同的技术和方法来制备氧化锌纳米结构。总的来说,按照制备过程中的反应介质的状态可以将这些方法分为两大类：基于溶液反应的液相法和基于气相反应的气相法。通常采用的气相法有：激光脉冲沉积法、化学气相沉积法、化学输运法、热蒸发法等、金属有机化学气相沉积法、碳热还原法。气相法的优点是能生长几乎所有的无机纳米材料和纳米结构,其缺点是显而易见的,那就是需要在较高的温度下进行并且对设备的要求较高,并难以大批量制备。液相法提供了一种更灵活的工艺和成本较低的选择。液相法中,氧(硫)化锌纳米结构的生长主要由极性晶体的生长习性所决定。然而,普通的液相法对纳米结构的形貌控制较难,并且很难将特定结构的纳米材料长在器件制备所需的衬底上。因此,探索新的水热体系在导电的衬底上制备出尺寸均一,形貌匀净的氧(硫)化锌纳米结构及其阵列,并对它们的结构和性质进行研究,不但具有重要的理论意义,而且在推动氧(硫)化锌纳米结构在电子、光电子和能源等技术领域的应用方面具有重大的应用价值。在对大尺寸氧化锌单晶生长的研究方面,人们也发展出了各种方法如化学气相输运、高温熔体法、熔盐法等。但是比较而言,都没有像水热法那样能形成规模化生产的优势。目前,采用水热法,人们已经能生长出尺寸达3英寸的氧化锌单晶。而对采用水热法生长氧化锌单晶的机理研究,只是停留在以碱为矿化剂的实验和理论研究方面。基于以碱为矿化剂,人们认为氧化锌晶体的生长基元为Zn(OH)42-,并综合在生长其它各种晶体中观察到的现象提出“配位多面体生长基元理论”。虽然结合该理论并通过对晶体生长基元稳定能的计算,人们能对氧化锌晶体生长的形貌进行预测。但是对在纳米领域出现的尤其是采用溶液法合成各种氧化锌纳米晶过程中,各种离子或分子对氧化锌晶体生长形貌的影响,还不能做出令人满意的解释。因此研究不同阴离子或分子,即各种不同配体对氧化锌晶体生长及形貌的影响无疑将对水热法生长氧化锌晶体的研究具有极大的推动作用。氧化锌(ZnO)是典型的极性晶体,对它的研究具有代表性并可延伸到其它极性晶体中,因此本论文把氧化锌作为研究对象,通过一种简单的水热体系,实现了在金属锌衬底上氧化锌纳米棒阵列的制备；通过电学测试及光谱方法,对其性质和缺陷进行了分析；通过使用不同的矿化剂,研究了锌离子与不同配体之间形成各种锌离子络合物对氧化锌微晶生长的影响机制；在此基础上探索采用新的矿化剂,在中低温水热条件下实现了氧化锌微晶的生长；同时,通过各种显微表征手段对氧化锌微晶的生长机理进行了研究。本论文主要包括以下几方面的工作：1)锌基氧化锌纳米结构的水热合成、表征及光电性质研究。采用水热法制备了锌基氧化锌纳米结构并对它们晶相和显微结构进行了系统的表征。研究了锌基氧化锌复合结构沿着氧化锌纳米晶生长方向上的电学性质及其光学性质,并结合氧化锌纳米晶中可能存在的缺陷对实验现象产生的原因进行了深入的分析。2)锌基硫化锌微纳米结构的溶剂热合成、表征及光学性质研究。采用溶剂热法制备了锌基硫化锌微纳米结构,对其晶相和显微形貌进行了表征；并对锌基硫化锌微纳米结构的紫外可见吸收光谱及硫化锌微纳米结构形成的化学反应机理进行了深入的探讨。3)不同配体对水热条件下氧化锌微晶生长及形貌的影响。以金属锌片为锌源,通过引入不同的矿化剂,制备出各种形貌的氧化锌微纳米结构；阐述了氧化锌微纳米结构形成的化学反应机理；揭示了反应过程中锌离子与不同阴离子之间竞争络合的规律。4)锌基氧(硫)化锌微纳米结构的化学反应及生长机理研究。进一步从配体的半径和鲍林电负性的角度研究了锌离子与不同配体之间的络合规律及锌基氧(硫)化锌微纳米结构合成和生长的机理。提出并初步实现了以NaCl为矿化剂(或混合的氯化物)在中低温水热条件下氧化锌单晶的生长。采用原子力显微镜对在该条件下生长的氧化锌微晶进行了表征。综上所述,本论文采用一种简单的水热及溶剂热法成功地在金属锌片上制备尺寸均一和形貌匀净的氧(硫)化锌纳米结构阵列,并对它们的形貌和性质进行了研究。尤其对锌基氧化锌纳米棒中的缺陷对锌基氧化锌纳米棒阵列的电学性质和光学性质的影响进行了深入的分析。在此基础上,采用不同的矿化剂,在金属锌片上制备出结晶性良好、形貌各异的氧(硫)化锌微纳米结构。从锌离子的物理化学性质出发,根据阴离子或分子配体与锌离子的半径比及相对锌原子的电负性差,探讨了锌离子与各种不同配体之间的络合规律。通过考查锌离子与引入的阴离子或分子之间的络合机制,研究了矿化剂对氧(硫)化锌微晶生长的影响,实现了氧(硫)化锌微晶及纳米阵列的可控制备。采用新的矿化剂,初步探索了中低温水热条件下氧化锌微晶的生长和块状晶体生长的可行性。为进一步研究各种氧化锌纳米结构器件如太阳能电池、化学生物传感器以及在中低温水热条件下生长大尺寸的氧化锌单晶提供了基础。