zno纳米结构薄膜的水热法生长及其机理研究

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1、中文摘要氧化锌(ZnO)是一种具有纤锌矿结构的自激活直接带隙半导体材料，具有独特的电、光、磁、机械、化学性质，在微电子器件和光电器件等领域具有巨大的应用潜力。ZnO材料的性能不仅取决于其组成、结构和尺度，还取决于其维度和形态，因此在材料的生长过程中对其结构、组分、形状、尺度和位置进行控制生长，能实现对其性能进行设计、选择组装，对开发其各种功能有重要的应用价值。本文对ZnO纳米结构薄膜水热法的生长及机理进行了系统的研究。采用简单的水热合成法，通过调控工艺条件，在玻璃基板和锌基板上制备出棒状的ZnO纳米结构薄膜，在铝板上制备出片状的ZnO纳米结构薄膜。用X射线衍射(XIm

2、)、扫描电子显微镜(SEM)对各种形态的成分、形貌和结构进行表征。纳米棒具有笔直规则的形貌，纳米片具有交错的形貌以及光滑的表面。在玻璃板上，当在水热反应前给基板铺上一层ZnO籽晶时，纳米棒阵列会沿着[001】方向择优取向的垂直于基板生长，而不给基板铺晶直接水热反应则会沿着[100】方向择优取向的生长。在锌片上，当在水热反应前煅烧锌片使基板表面形成一层ZnO籽晶时，纳米棒阵列也会沿着[001]方向择优取向的垂直于基板生长。生长在Al基板上的ZnO纳米结构薄膜均匀、大面积、附着力强、制作工艺简单，且重复性好。Al基板的影响在ZnO纳米片形成过程中占主导作用：生长在铝基板上

3、的ZnO纳米结构薄膜即ZnO纳米片阵列是由垂直生长在Al基板上的Zn5(oH)8C12H20受热分解得来，反应液中一定量的AI(OH)4‘离子的存在导致了Zn5(OH)8C12H20的生成，而形成的Zns(OH)8C12H20晶体经退火处理后转化为ZnO晶体，从而最终得到了ZnO纳米片阵列。对生长在灿基板和Zn基板上的ZnO纳米结构薄膜进行了光致发光(photoluminescence，PL)光学性能测试。与Al基板相比，在Zn基板上制备的ZnO纳米结构薄膜具有更好的PL光学性能。关键词：ZnO，水热法，生长机理，纳米结构薄膜，光致发光AbstractZincOxid

4、e(ZnO)isakindofself-excitationsemiconductorwithwurtzitestructureandadirectwidebandgap，whichhasspecialelectric，optical，magnetic，mechanic，chemicalproperties．SoZnOisusedpotentiallyinmicro-electrical，optoelectronicdevices．Theseperformancesnotonlydependonmaterials’compose，structure，scale，but

5、alsodimensionalityandconfiguration．Consequently，designingZnOmaterialcapabilityandselectiveassemblyareofsignificantimportantforvariousapplications．ThehydrothermalsynthesisofZnOnanostructureflmsandthemechanismoftheprocessofthefilmsissystematicallyinvestigatedinthispaper．Rod．1ikezincoxiden

6、anostructuredfilmhasbeensynthesizedthroughsimplehydrothermalmethod，byadjustingseveralsynthesisconditions．theproduct’Scomposition,morphology,anditsstructurehavebeencharacterizedbyX-raysdiffraction(XRD)，scanningelectronmicroscrope(SEM)andotherequipments．Nanorodshavestraight-likemorphology

7、,andnanoflakeshaveintersectedmorphologyandslippysurface．whenglassesasthesubstrate，ifthere'safilmfromzincoxideseeds，thenanorodswillgrowalong[001】directionperpendicularthesubstrate，ratherthangrowthrough[100]directionwithoutzincoxideseeds．ifzincplateassubstratehasbeencalcinatedbef