ZnO納米線/片的MBE法制備及結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性研究
發(fā)布時間：2020-12-07 00:17
ZnO作為一種優(yōu)異的光電功能材料,在眾多領(lǐng)域如太陽能電池、發(fā)光二極管、氣敏傳感器等方面有著廣泛的應(yīng)用,又由于具有生物兼容性,在生命科學(xué)領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用。為了滿足不同需求,人們利用各種生長方法制備了豐富多彩的ZnO納米結(jié)構(gòu)。分子束外延（MBE）方法在制備高質(zhì)量ZnO及其摻雜薄膜材料做了大量的研究工作。一方面,MBE系統(tǒng)處于（超）高真空中,能有效地避免其他雜質(zhì)對樣品的干擾;另一方面,MBE法可以通過精確地調(diào)控源材料的蒸發(fā)速率和氣體流量等條件,進(jìn)一步地控制納米材料的生長。本論文主要介紹了利用氧等離子體輔助MBE（P-MBE）法制備ZnO納米線/片及其性能研究。主要的研究結(jié)果如下:1.討論了幾種生長因素對ZnO納米材料的影響,包括襯底溫度、催化劑Au顆粒的尺寸、O2的流量和生長時間。結(jié)果顯示,襯底溫度較低時,ZnO的XRD主峰強(qiáng)度較高,而PL譜則相反;催化劑Au在退火后,其尺寸約為20～200nm;當(dāng)O2流量為5.2sccm時,制備出ZnO薄膜結(jié)構(gòu),當(dāng)O2流量為5.8sccm時,能制備出ZnO納米線;隨著生長時間的增加, P...
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：63 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
ZnO的兩種晶體結(jié)構(gòu)
圖 1.2 不同形貌的氧化鋅納米材料[10]圖 1.3 用于一維納米結(jié)構(gòu)材料制備的管式爐示意圖1.2.2.1 熱蒸發(fā)法熱蒸發(fā)法是最簡單、最常用的一種合成方法。很多研究小組已經(jīng)用這種方法成功的制備了不同形貌的 ZnO 納米材料。通常，熱蒸發(fā)法是在高溫區(qū)域加熱源氣體出口氣體進(jìn)口基底石英管爐體ZnO+C熱電偶
1.2.3 ZnO 納米材料生長機(jī)理的研究制備 ZnO 納米材料的主要機(jī)制有兩種：氣相-液相-固相（Vapor-Liquid-Solid,V-L-S）生長機(jī)理和氣相-固相（Vapor-Solid, V-S）生長機(jī)理。1.2.3.1 氣相-液相-固相（Vapor-Liquid-Solid, V-L-S）生長機(jī)理?xiàng)钆鄸|等[24]利用 V-L-S 機(jī)理制備出一維 Ge 納米線，通過 TEM 實(shí)時監(jiān)控 Ge納米線的生長過程。如圖 1.4 所示，V-L-S 機(jī)理可概括為三個階段：1、合金形成階段：先在襯底上蒸鍍一層的金屬（如 Au、Cu）催化劑，高溫下鋅源升華形成Zn 蒸氣，氣相 Zn 擴(kuò)散或被載氣運(yùn)輸?shù)揭r底處，Zn 蒸氣與催化劑顆粒在高溫下熔合形成 Zn-金屬合金液滴；2、成核階段：氣相 Zn 不斷的吸附到 Zn-金屬合金的表面，當(dāng) Zn 達(dá)到過飽和后，會沿著固-液界面一個特定的方向從合金中析出，隨著 Zn 不斷的吸附，然后析出；3、生長階段：由于合金具有很強(qiáng)的抗氧化能力，一般認(rèn)為合金液滴不會吸附 O 被氧化，但是 O 能和從合金中析出的 Zn 發(fā)生反應(yīng)得到 ZnO，最終在 Zn-ZnO 界面生長 ZnO 納米材料。利用 VLS 機(jī)理已經(jīng)合成了不同形貌的 ZnO 納米材料如納米線[25]、納米環(huán)[26]、納米帶[27]、納米管[28]等。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]聯(lián)合體驅(qū)使生長法制備ZnO納米棒及其表征[J]. 沈堅(jiān),周明,李琛,張偉,吳春霞,蔡蘭. 發(fā)光學(xué)報. 2010(04)
[2]ZnO一維納米材料的研究進(jìn)展[J]. 孫岳玲,龔安華. 遼寧化工. 2010(07)
[3]Au點(diǎn)陣模板控制生長ZnO堆壘單晶棒[J]. 孫海波,石鋒,曹玉萍,郭永福,劉文軍,薛成山. 微納電子技術(shù). 2010(05)
[4]PLD方法制備的ZnO納米柱結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性[J]. 孫開通,胡禮中,于東麒,李嬌,張賀秋,付強(qiáng),陳希,王彬. 發(fā)光學(xué)報. 2010(02)
[5]納米ZnO研究進(jìn)展[J]. 葉曉云,周鈺明. 化學(xué)與生物工程. 2010(02)
[6]熱蒸發(fā)法制備納米結(jié)構(gòu)ZnO及其生長機(jī)理[J]. 李育潔,張海明,胡國鋒,李曉潔,高波,朱彥君. 武漢大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版). 2010(01)
[7]氧分壓對化學(xué)氣相沉積法合成ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌的影響[J]. 馮程程,周明,吳春霞,馬偉偉,李剛,蔡蘭. 人工晶體學(xué)報. 2009(03)
[8]氧分壓對PLD法生長Si(111)基ZnO薄膜性能的影響[J]. 何建廷,曹文田. 電子元件與材料. 2009(04)
[9]ZnO納米線及其器件研究進(jìn)展[J]. 諶小斑,賀英,張文飛. 微納電子技術(shù). 2008(10)
[10]生長條件對ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌的影響[J]. 梅金麗,田永濤,程亮,王新昌,李光明,李新建. 材料導(dǎo)報. 2008(S2)
博士論文
[1]鐵磁薄膜與極性ZnO表面相互作用的同步輻射光電子能譜研究[D]. 張旺.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
[2]一維納米ZnO及其復(fù)合材料的發(fā)光二極管[D]. 郭洪輝.廈門大學(xué) 2009
[3]ZnO基稀磁半導(dǎo)體單晶薄膜的分子束外延生長以及性能研究[D]. 曹強(qiáng).山東大學(xué) 2008
碩士論文
[1]單根氧化鋅納米線表面與應(yīng)力效應(yīng)的陰極熒光譜研究[D]. 薛海舟.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009
[2]一維ZnO材料的生長機(jī)理及其光電性能的研究[D]. 郝昕.電子科技大學(xué) 2008
[3]ZnO納米材料的制備、摻雜及性能研究[D]. 李介勝.浙江大學(xué) 2007
本文編號：2902261
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：63 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
ZnO的兩種晶體結(jié)構(gòu)
圖 1.2 不同形貌的氧化鋅納米材料[10]圖 1.3 用于一維納米結(jié)構(gòu)材料制備的管式爐示意圖1.2.2.1 熱蒸發(fā)法熱蒸發(fā)法是最簡單、最常用的一種合成方法。很多研究小組已經(jīng)用這種方法成功的制備了不同形貌的 ZnO 納米材料。通常，熱蒸發(fā)法是在高溫區(qū)域加熱源氣體出口氣體進(jìn)口基底石英管爐體ZnO+C熱電偶
1.2.3 ZnO 納米材料生長機(jī)理的研究制備 ZnO 納米材料的主要機(jī)制有兩種：氣相-液相-固相（Vapor-Liquid-Solid,V-L-S）生長機(jī)理和氣相-固相（Vapor-Solid, V-S）生長機(jī)理。1.2.3.1 氣相-液相-固相（Vapor-Liquid-Solid, V-L-S）生長機(jī)理?xiàng)钆鄸|等[24]利用 V-L-S 機(jī)理制備出一維 Ge 納米線，通過 TEM 實(shí)時監(jiān)控 Ge納米線的生長過程。如圖 1.4 所示，V-L-S 機(jī)理可概括為三個階段：1、合金形成階段：先在襯底上蒸鍍一層的金屬（如 Au、Cu）催化劑，高溫下鋅源升華形成Zn 蒸氣，氣相 Zn 擴(kuò)散或被載氣運(yùn)輸?shù)揭r底處，Zn 蒸氣與催化劑顆粒在高溫下熔合形成 Zn-金屬合金液滴；2、成核階段：氣相 Zn 不斷的吸附到 Zn-金屬合金的表面，當(dāng) Zn 達(dá)到過飽和后，會沿著固-液界面一個特定的方向從合金中析出，隨著 Zn 不斷的吸附，然后析出；3、生長階段：由于合金具有很強(qiáng)的抗氧化能力，一般認(rèn)為合金液滴不會吸附 O 被氧化，但是 O 能和從合金中析出的 Zn 發(fā)生反應(yīng)得到 ZnO，最終在 Zn-ZnO 界面生長 ZnO 納米材料。利用 VLS 機(jī)理已經(jīng)合成了不同形貌的 ZnO 納米材料如納米線[25]、納米環(huán)[26]、納米帶[27]、納米管[28]等。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]聯(lián)合體驅(qū)使生長法制備ZnO納米棒及其表征[J]. 沈堅(jiān),周明,李琛,張偉,吳春霞,蔡蘭. 發(fā)光學(xué)報. 2010(04)
[2]ZnO一維納米材料的研究進(jìn)展[J]. 孫岳玲,龔安華. 遼寧化工. 2010(07)
[3]Au點(diǎn)陣模板控制生長ZnO堆壘單晶棒[J]. 孫海波,石鋒,曹玉萍,郭永福,劉文軍,薛成山. 微納電子技術(shù). 2010(05)
[4]PLD方法制備的ZnO納米柱結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性[J]. 孫開通,胡禮中,于東麒,李嬌,張賀秋,付強(qiáng),陳希,王彬. 發(fā)光學(xué)報. 2010(02)
[5]納米ZnO研究進(jìn)展[J]. 葉曉云,周鈺明. 化學(xué)與生物工程. 2010(02)
[6]熱蒸發(fā)法制備納米結(jié)構(gòu)ZnO及其生長機(jī)理[J]. 李育潔,張海明,胡國鋒,李曉潔,高波,朱彥君. 武漢大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版). 2010(01)
[7]氧分壓對化學(xué)氣相沉積法合成ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌的影響[J]. 馮程程,周明,吳春霞,馬偉偉,李剛,蔡蘭. 人工晶體學(xué)報. 2009(03)
[8]氧分壓對PLD法生長Si(111)基ZnO薄膜性能的影響[J]. 何建廷,曹文田. 電子元件與材料. 2009(04)
[9]ZnO納米線及其器件研究進(jìn)展[J]. 諶小斑,賀英,張文飛. 微納電子技術(shù). 2008(10)
[10]生長條件對ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌的影響[J]. 梅金麗,田永濤,程亮,王新昌,李光明,李新建. 材料導(dǎo)報. 2008(S2)
博士論文
[1]鐵磁薄膜與極性ZnO表面相互作用的同步輻射光電子能譜研究[D]. 張旺.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
[2]一維納米ZnO及其復(fù)合材料的發(fā)光二極管[D]. 郭洪輝.廈門大學(xué) 2009
[3]ZnO基稀磁半導(dǎo)體單晶薄膜的分子束外延生長以及性能研究[D]. 曹強(qiáng).山東大學(xué) 2008
碩士論文
[1]單根氧化鋅納米線表面與應(yīng)力效應(yīng)的陰極熒光譜研究[D]. 薛海舟.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009
[2]一維ZnO材料的生長機(jī)理及其光電性能的研究[D]. 郝昕.電子科技大學(xué) 2008
[3]ZnO納米材料的制備、摻雜及性能研究[D]. 李介勝.浙江大學(xué) 2007
本文編號：2902261
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