水熱法生長ZnO納米結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、Zn(O)材料禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV，遠(yuǎn)高于室溫?zé)犭x化能26meV。這些優(yōu)異的性能使Zn(O)材料在短波長發(fā)光器件、透明導(dǎo)電電極、壓電傳感器、太陽能電池、場發(fā)射器件等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌非富多彩，如:納米管、納米棒、納米針、納米環(huán)以及納米花等。由于ZnO基納米器件的性能與納米結(jié)構(gòu)的表面形貌、特性有著重要的關(guān)系。因而進(jìn)行一維ZnO納米陣列最佳制備工藝的研究，實現(xiàn)ZnO納米結(jié)構(gòu)的可控生長，對于

2、發(fā)展ZnO納米器件的應(yīng)用有著重要的意義。
　　本文以制備ZnO納米結(jié)構(gòu)為出發(fā)點，著重研究了制備工藝參數(shù)（生長溫度、冷卻方式、生長時間）對水熱法生長的ZnO納米陣列的影響，可得主要結(jié)論如下:
　　(1)以GaN/Al2O3為襯底，研究了生長溫度(100-200℃)對水熱法合成的ZnO納米結(jié)構(gòu)的影響。在較低的溫度下(＜140℃)，生長出了由六角納米顆粒組成的、連續(xù)的ZnO薄膜;而在較高溫度下(＞180℃)，生長出了取向性很好的、

3、垂直于襯底的ZnO納米尖陣列。通過研究ZnO的初始成核情況，我們發(fā)現(xiàn)隨著生長溫度的增加，ZnO納米顆粒的初始成核密度逐漸降低。所以，在生長溫度較低時，高密度的納米顆粒在生長中很容易彼此結(jié)連，形成ZnO薄膜;而在生長溫度較高時，較低的成核密度意味著比較大的顆粒間距，在之后的生長中就容易形成相互獨立的納米棒。
　　(2)以GaN/Al2O3作為襯底，研究了三種冷卻條件對水熱法合成的ZnO納米結(jié)構(gòu)的影響。Ⅰ號樣品不經(jīng)過冷卻，反應(yīng)結(jié)束后直

4、接將樣片從反應(yīng)釜中取出;Ⅱ號樣品是將反應(yīng)釜浸沒到11℃的冷水中進(jìn)行冷卻;Ⅲ號樣品是在室溫條件下自然冷卻。實驗發(fā)現(xiàn)Ⅱ和Ⅲ樣品的納米線長度明顯大于Ⅰ號樣品的長度，這表明ZnO納米線在11℃水中冷卻和室溫下自然冷卻條件下仍然在繼續(xù)生長。同時在電子顯微鏡圖片中可以看出經(jīng)過水冷處理的樣品Ⅱ更容易產(chǎn)生尖銳的納米尖。
　　(3)以Si作為襯底，研究了不同生長時間(＜1h)對水熱法制備的ZnO納米結(jié)構(gòu)的影響。研究表明，隨著反應(yīng)時間的增加，納米線頂