【摘 要】
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ZnO是第三代半导体的代表之一，可作为紫外光致发光与多共振模式激光的载体，尤其以光学气化过饱和析出法（OVSP）制备的ZnO微米晶近年来在光催化、高效多彩光源、高效电致发光等方面显示出重要优势，但其制备成本较高、生产效率低下，阻碍了其大规模器件化的发展。针对上述问题，基于有限元分析的结果，设计并搭建了一套工作波长在1 080nm，功率18%（@2500W）激光加热的微米晶生长装置。以ZnO为原料验
【机 构】
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北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（11674018）； 北京市教育委员会科技计划项目（KM202110017003）资助；
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ZnO是第三代半导体的代表之一，可作为紫外光致发光与多共振模式激光的载体，尤其以光学气化过饱和析出法（OVSP）制备的ZnO微米晶近年来在光催化、高效多彩光源、高效电致发光等方面显示出重要优势，但其制备成本较高、生产效率低下，阻碍了其大规模器件化的发展。针对上述问题，基于有限元分析的结果，设计并搭建了一套工作波长在1 080nm，功率18%（@2500W）激光加热的微米晶生长装置。以ZnO为原料验证了所研制装置的可行性与实用性。结果表明，该装置制备产物与OVSP法制备产物在形貌、结构、发光性能上非常接近，生产效率得到极大提高（～500%）。利用研制的生长装置，成功制备出了具有完整六边形截面形貌的富受主型ZnO单晶微米棒，其直径约为3.8μm，长度达10～20μm。通过拉曼光谱发现，ZnO微米棒的拉曼峰清晰尖锐，位于437cm-1处的拉曼峰对应E2high模式，所制备微米棒为结晶性较好的六方纤锌矿结构。通过对ZnO微米棒荧光光谱的分析，发现其与OVSP法所制备的ZnO微米管具有类似的紫外双峰结构，表明微米棒内存在大量与锌空位(VZn)相关的受主缺陷。在80～280K范围内，随着温度升高，ZnO微米棒的荧光发光峰强度出现“热猝灭-负热猝灭-热猝灭”的反常行为。研究发现，在166～200K范围内出现的负热猝灭行为与导带底以下477meV处存在的中间态能级（陷阱中心）有关，在200～280K范围内出现的热猝灭现象与导带底以下600meV处非辐射复合中心有关。两者的出现与所制备的ZnO微米棒氧空位（VO）缺陷相关。所研制的激光生长装置具有较高的可行性与实用性，该制备方法为富受主型ZnO单晶微米棒的快速批量生长奠定了技术基础，同时对其在光电器件领域的应用也具有重要意义。
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