氧化锌纳米线基半导体薄膜制备及其特性

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1、上海人学顾上学位论文氧化锌纳米线基半导体薄膜的制备及其特性赵文刚指导老师：马忠权教授摘要氧化锌(ZnO)是一种具有六角纤锌矿结构的半导体材料，作为一种具有低介电常数、高化学稳定性以及优异的光电、压电特性的功能材料，ZnO在许多领域、尤其是光电器件领域有着重要应用。ZnO基半导体光电器件的应用，主要包括紫外探测器、发光二极管(LED)和半导体激光器(SLD)等。由于ZnO纳米线在半导体能带结构和电子学特性上，与Ti02相似，预期在染料敏化太阳能电池(DSSC)方面也应该具有较好的应用前景。所以，近期有部分学者将ZnO纳米线应用于第三代太阳能电池的制作，使得该方面的材料性能与器件结构的

2、研究成为一大热点。本论文概述了ZnO基半导体材料的性质、特点、制备方法及其性能，重点研究了采用两步湿化学法，在玻璃衬底上制备了ZnO纳米线，主要开展的工作如下：第一步，利用s01．gel方法在载玻片上制备含有ZnO纳米颗粒的薄膜，作为“种子”衬底。并对这种“种子”衬底做了原子力显微镜(AFM)分析，结果表明，这种“种子”衬底薄膜为大范围内均匀一致的ZnO纳米颗粒薄膜。ZnO纳米颗粒尺寸大约是50nm。均匀一致的“种子”衬底可以起到减小过多的水热法生长的ZnO纳米线和玻璃衬底之间的品格失配，有利于ZnO的定向生长。同时也可以使得生长的纳米线的直径分布更窄，更容易得到形貌均匀的纳米线。

3、第二步，利用水热法在第一步制备好的“种子”衬底上生长了高度取向的ZnO纳米线。然后对纳米线进行了x．光衍射(XRD)、扫描电子形貌图(SEM)表V上海大学硕}学位论文征，结果表明通过水热法制备的ZnO纳米线是高度取向的，直径分布在50—80nm，平均直径为60帆，长度大约为2微米。同时对该ZnO纳米线薄膜作了全可见光范围内的光吸收和透射谱分析，以及光致发光(PL)测量，结果表明该ZnO纳米线薄膜具有很好的透光性质，同时除了具有很强的紫外发光(399rim)外，还在蓝光(469nm)和绿光(569nm)波段有较弱的光致发光现象。第三步，由于ZnO纳米线的生长受到很多生长条件的影响，例

4、如：“种子”衬底质量、溶液浓度、生长温度和生长时间等。所以本工作中重点进行了溶液浓度对ZnO纳米线生长结构影响的研究。对于相同的“种子”衬底、同样的水热生长条件，选取zn2+浓度不同的溶液，即：O．01M、0．03M和0．05M的zn“浓度的生长溶液。然后，采用了x一光衍射(xRD)和扫描电子形貌图(SEM)表征手段，分别分析了三种不同zn2+浓度的样品。从SEM图可以看到，对于z11“～0．01M的样品，ZnO纳米线的平均直径大约是30nm；对于Zn“～O．03M样品，ZnO纳米线的平均直径大约是60姗：而当盈2+浓度大于0．05M时，ZnO纳米棒的平均直径大约是250nm。因此

5、，实验表明，不同zll2+浓度的溶液，对生长的ZnO纳米线的直径有直接的影响，随着浓度的增加纳米线的直径会增大，其机理同负离子配位生长基元的理论模型相一致。即：ZnO纳米晶体的生长速度与溶液的过饱和度有关，过饱和度越小，晶体的生长速度越小。当过饱和度减小时，各个面族的生长速度差别增大，随着浓度的减小一些晶面生长速度可能会减少或者消失，也就是说晶体只会沿着某一个方向定向生长。关键词：ZnO前驱薄膜，ZnO纳米线，Sol—gel技术，水热法，XRD／SEM／PL，结构分析ⅥP海大学硕．L学位论文GrowthofZn0nanowire．basedsemiconductorthinfilm

6、sandtheirpropertiesZhaoWellgangDirectedby：Prof．MazhongquanAbstractZnO，whichhasawurtzitecrystalstructure，isawidebandgap，lowdielectricconstantandhighchemicalstabilitysemiconductor．Becauseofitselectrical、optical、andpiezoelectricproperties，ZnOhasmanypotentialapplications，especiallyintheoptoelectro

7、nicfields．ZnO—basedsemiconductoroptoelectronicdevicesincludeultravioletdetector、lightemittingdiodes(LEDs)、laserdiodes(LOs)anddye—sensitizedsolarcell(DSSQetc．Inthispaper,properties、characteristicsandpreparedmethodsofZnOmaterialshavebeens