na掺杂zno纳米材料实验与第一性原理研究

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1、浙江大学博士学位论文丛垒掺壅圣望Q绝鲞盐狴鲍塞验鱼笈二性屋垄盈窒论文作者签名：指导教师签名：⑧论文评阅人1：评阅人2：评阅人3：评阅人4：评阅人5：答辩委员会主席：委员1：委员2：委员3：委员4：委员5：ExperimentalandfirstprinciplestudyNa-d,pedZnrstDrinciDlestudy0nNadopedn0——I1●I●．．．．．．．．．．．__··-____________-一nano．．materialsAuthor’SsignaSUDerVlSOr7SSl^●■●Thesisreviewer1：Thesisreviewer2：Thesisrevi

2、ewer3：Thesisreviewer4．Thesisreviewer5：CoCOCommitteeman谚幺暑．三毛驴乒移．％．，。啄．Dateoforaldefence：文龟。>，o1，f厂3●●345浙江大学博士学位论文浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝江太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。⋯一签名似锢靴膊妒脂学位论文版权使用授权

3、书本学位论文作者完全了解逝选太堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用学位论文作者签名：导师签名：签字日期：山lj年p)月f驴日签字日期：吱oJ多年矿1、一摘要众所周知，ZnO是一种重要的宽禁带、直接禁带半导体，室温下的禁带宽度约为3．37eV，激子束缚能为60meV。近几年，对ZnO纳米结构的研究以及其潜在的广泛应用，如在光催化、压电效应、光电子学、光电转换与气敏等领域，吸引了大量科研工作者的兴

4、趣。其中，P型ZnO纳米结构的制备成了开启ZnO纳米结构通向大规模应用之门的钥匙。然而，要想获得稳定可到的ZnOP型导电仍然存在着很到的困难。如，掺杂元素在ZnO中有限的固溶度；ZnO本身的自补偿效应；杂质能级多为深能级，不易电离；P型导电的不稳定性等。基于上述考虑，本文的研究工作主要集中在通过实验与第一性原理结合的方式对ZnO纳米材料的制备和ZnO纳米结构P型掺杂的实现以及对其机理的研究。文章主要工作包括：(1)控制生长ZnO纳米棒阵列。采用单开1：2的石英舟，通过调节反应温度、系统压强、材料生长的衬底及缓冲层种类与制备方法，寻找合适的ZnO纳米棒阵列制备方法。分析提出单口石英舟生长纳米材

5、料的温度与系统压强平衡理论，分析了对材料形貌的影响。(2)基于温度与压强平衡理论，在极限条件下制备出超长微米／纳米纤维。基于CVD方法制备超长纳米线的事实，提出空间线状形核新的生长机理。(3)采用不同Na掺杂源分别进行了Na掺杂ZnO纳米棒阵列的制备。在高温和低温CVD条件下，分别采用焦磷酸钠和三磷酸钠为Na源得到了理想的Na掺杂ZnO纳米棒阵列；并对其进行了测试表征。结合第一性原理计算，通过对XRD、PL和XPS等的分析，论证Na主要位于zn替代位。理论计算结合实验，提出了O空位可以有效提高Naz。固溶度的ZnOP型实现方法。(4)采用高温、低温CVD方法结合，高温CVD、水热方法结合制备

6、了Na掺杂的ZnO纳米阵列同质结。(5)基于温度与系统压强平衡理论，通过调节温度与压强，制备出了生长取向一致性好的ZnO微米梳阵列。用热扩散As的方法第一次实现了单根ZnO微米梳的As掺杂p-n同质结。采用光刻和电子束蒸发技术将全As浙江大学博士学位论文掺杂P型ZnO微米梳和半As掺杂ZnO微米梳p．n同质结制作成微型FET和同质结器件，并对其进行了各电学性能的测试和紫外探测性能的研究。关键词：纳米棒阵列；Na掺杂；同质结；ZnO微米梳；第一性原理；P型导电。AbstractZnOiswellknownasanimportantsemiconductorwithawidedirectband

7、gapof3．37eVandlargeexcitonbindingenergyof60meVatroomtemperature．ThestudyofnanostructuredZnOhasattractedmuchinterestinthelastfewyearsduetoitspotentialapplicationsinsuchfieldsasphotocatalysis，piezoelectricity