ZnO和ZnMgO納米材料的制備及其紫外探測(cè)器研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)作為一種Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶半導(dǎo)體材料，在紫外光探測(cè)方面有巨大的應(yīng)用前景。ZnO禁帶寬度為3.4 eV，通過(guò)摻入Mg元素，形成ZnMgO三元合金，可以實(shí)現(xiàn)禁帶寬度從3.4eV到7.8eV的連續(xù)可調(diào)。ZnO納米材料尤其是一維納米材料具有單晶性、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常理想的紫外光探測(cè)候選材料。
　　 本文采用雙溫區(qū)水平管式爐實(shí)現(xiàn)了ZnO一維納米材料的可控制備，制備了ZnMgO三元合金納米線，并利用ZnO納米釘陣列結(jié)構(gòu)

2、制備了紫外探測(cè)原型器件。具體研究結(jié)果如下：
　　 1.利用水平管式爐設(shè)備，采用熱蒸發(fā)方法制備了一系列ZnO納米結(jié)構(gòu)。
　　 (1)制備了ZnO納米棒及其陣列、納米線及其陣列、納米梳、納米墻等結(jié)構(gòu)，探索了各種形貌的生長(zhǎng)條件，并實(shí)現(xiàn)了ZnO一維納米結(jié)構(gòu)的形貌調(diào)控和可控制備。
　　 (2)研究了各種實(shí)驗(yàn)因素包括溫度、襯底類型等對(duì)ZnO納米形貌的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蒸發(fā)源溫度越高，得到的納米結(jié)構(gòu)越稠密、尺寸越大；相對(duì)于較

3、低的溫度，襯底溫度在700～900范圍內(nèi)，有利于制備出較長(zhǎng)的納米線；沉積有Au的襯底在900～1000℃左右一般容易生長(zhǎng)出納米梳結(jié)構(gòu)；在長(zhǎng)有ZnO緩沖層的襯底上更容易生長(zhǎng)出垂直于襯底的ZnO納米棒陣列。
　　 2.在ZnO一維納米結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，我們對(duì)ZnMgO合金納米線的制備進(jìn)行了探索，主要成果如下：
　　 (1)制備了六方相ZnMgO納米線。通過(guò)XRD、TEM、PL分析表明，獲得的ZnMgO樣品中出現(xiàn)了ZnO和MgO的

4、分相；在六方相結(jié)構(gòu)納米線中存在Mg元素，PL分析表明Mg元素含量為4％左右。這個(gè)含量已經(jīng)達(dá)到了Mg元素在ZnO中的平衡固溶度極限。
　　 (2)制備了MgO納米線、納米棒。為了制備立方相ZnMgO納米線，成功實(shí)現(xiàn)了MgO納米線、納米棒及其他MgO微納米結(jié)構(gòu)的可控制備。
　　 (3)首次制備了立方相Zn0.8Mg0.2O納米線。在MgO納米線的基礎(chǔ)上，利用Zn粉和Mg粉作為蒸發(fā)源，首次制備了立方相ZnMgO納米線，樣品中存

5、在六方相和立方相的分相。TEM分析表明，立方相納米線為多晶結(jié)構(gòu)，能譜分析表明納米線的成分為Zn0.8Mg0.2O。
　　 3.首次制備了ZnO納米釘陣列類薄膜結(jié)構(gòu)，并利用這種結(jié)構(gòu)制備了紫外探測(cè)器的原型器件。
　　 (1)首次制備了ZnO納米釘陣列類薄膜結(jié)構(gòu)。從這種結(jié)構(gòu)頂面看，納米釘?shù)捻斏w相互連接在一起形成了一層準(zhǔn)連續(xù)的薄膜。從側(cè)面看，這種結(jié)構(gòu)可以看成是由兩層ZnO薄膜夾著一層ZnO納米棒陣列構(gòu)成。我們還探討了這種結(jié)構(gòu)的形