zno薄膜低温水溶液化学法制备研究

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1、摘要ZnO是一种在光电领域中具有重要地位的半导体材料。本文开展了以Zn(N03)2／HMT、Zn(N03)2／NaOH、Zn(N03)2／NH3H20为反应体系的水溶液化学法低温制备ZnO薄膜的研究。分析了不同体系中的化学反应过程及生长行为，研究了衬底状态、生长溶液浓度、生长时间、pH值等工艺参数对薄膜生长的影响，并对薄膜柱晶等特殊形貌晶体的生长机理进行了探讨。开展了对水溶液生长的薄膜进行腐蚀的研究，研究了腐蚀条件对薄膜形貌的影响，并对其中涉及的腐蚀机理进行了分析。研究表明：Zn(N03)2／HMT生长系统内获得的柱晶是c轴取向的六方

2、纤锌矿结构，薄膜的晶粒成核方式主要为异质成核，柱晶的生长方式为层．层生长。生长的ZnO柱晶的尺寸和尺寸分布与晶种层ZnO晶粒有着相同的变化趋势。随着生长液浓度的增加，ZnO棒晶的平均直径明显增大。生长体系长时间放置，会导致二次生长，形成板状晶粒。加入NaCl后，随着NaCl浓度从OM提高到O．1M，晶粒平均直径从0．21un增加到1．31un。具有特性吸附的有机助剂AcAc的加入形成了大量的金字塔状的晶体。Znoq03)2／NaOH、Zn(N03)2／NH3H20生长体系中生长的薄膜是沿(002)方向择优生长的六方纤锌矿结构。对于一定

3、浓度的锌离子，NaOH系统生长的ZnO直径在纳米尺度范围。而氨水由于【ZnQm3)4】2+的电离平衡具有缓冲作用，可以在较大的范围内变化，因而可以获得较大直径变化的ZnO柱晶。NH3"H20生长系统，可以调节pH值来控制薄膜的生长。对于碱性溶液体系，ZnO合适的生长温度为70-90℃，通过调节温度，可以改变纳米棒的生长速率。对获得的柱晶薄膜使用氨水腐蚀可以获得新的薄膜结构。对于给定的柱晶薄膜使用较大浓度的腐蚀溶液，可以加快柱晶的溶解速度。柱晶腐蚀过程不是生长过程的简单逆过程。柱晶的腐蚀过程为：柱晶的极性面中部首先形成蚀坑，形成类管状晶

4、体；形成ZnO的片晶阵列。台阶的形成是腐蚀发生的动力学条件，一定浓度的腐蚀溶液在达到腐蚀平衡后通过溶解．生长机制会发生纳米线的二次生长。关键词：ZnO薄膜；低温；水溶液化学；晶体生长ABSTRACTZincOxide(ZnO)isallimportantwide—bandgapsemiconductingmaterialinthephotoelectricfield．Inthisthesis，researchonpreparationofZnOfilmsusingaqueoussolutionchemicalmethodatlowte

5、mperaturewascarriedoutinthegrowthsystemofZn(N03)2／HMT、Zn(N03)2，2qaOH、Zn(N03)2小m3H20．GrowthmanneroftheZnOfilmsindifferentsystemwasanalyzed,theeffectoftheprocessparameters，suchasnatureofthesubstrate，growthsolutionconcentration，growthtime，pHvalue，ontheZnOgrowthweresystemic

6、allystudied．Inaddition，thefilmsas—preparedwaserodedbyammoniasolutiontoobtainfilmswithnewnanostructure．TheresultsshowthatrodcrystalgrownfromZn(N03)2／HMTsystemisc-orientedhexagonalwurtzite．ThenucleationmanlleToftheZnOcrystalisheterogeneousnucleation，andthegrowthmannerofth

7、emWasplanargrowthlayerbylayer．ThedimensionofthegrownZnOcrystalshadthesanletrfinsformationtrendwithseedcrystalsonbufferlayer．Withtheincreaseofthesolutionconcentration，thediameteroftheZnOrodenhanced．Lath-likecrystalswereformedbyprolongingthegrowthtimeto48hthroughsecondary

8、growth．Whenthe['NaCl]variedfromOMtOO．1M，theaveragediameteroftheZnOcrystalschangedform0．2l,tmt01．3呻．AcAcusedasa