资源描述：
《纳米材料导论cvd法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、CVD法制备高质量ZnO纳米线及生长机理作者唐 斌,邓 宏,税正伟,陈金菊,韦 敏英文篇名PreparationandGrowthMechanismofWell-alignedZnONanowiresbyChemicalVaporDeposition单位电子科技大学微电子与固体电子学院;西南石油大学理学院;电子科技大学微电子与固体电子学院成都文献出处人工晶体学报,JournalofSyntheticCrystals,引 言ZnO是一种II2VI族氧化物半导体材料,由于它具有宽带隙、低介电常数及其它优异的光电、压电特性,多年来一直广泛应用于压电转换
2、、透明电极、表面声波器件、压敏电阻、湿敏、气敏传感器和太阳能电池等诸多领域[1]。自1997年Z.K.Tang等人报道了ZnO的紫外激射以来[2,3],ZnO迅速成为研究的热点。而对于ZnO纳米线,从理论上可以推测[4],其电子态密度分布更集中,激子束缚能愈大,并且激子共振更强烈,因而他们的吸收、发光等光跃迁谱更窄化,光与物质的相互作用更有效。这意味着ZnO纳米线在光电应用方面具有更优越的性能,因此制备高质量的ZnO纳米线成为一重要研究方向。制备ZnO纳米线的方法有多种.Y.Li[5]等人运用模板限制辅助生长法制备出多晶ZnO纳米线阵列。日本的京都
3、大学[6]用金属有机气相外延法(MOVPE)在蓝宝石衬底上生成的高质量ZnO纳米棒。杨培东研究小组[7]将VLS机理和气相外延技术相结合实现了纳米线阵列的控制生长。北京大学的Xing等人[8]在湿氧条件下蒸发Zn和ZnO的混合粉末,制备出壁厚为8～20nm的ZnO纳米管。最近JasonB[9]等人运用(MOCVD)方法在蓝宝石上制备了整齐排列的ZnO纳米线。运用化学气相沉积法(CVD)制备高质量的ZnO纳米线的报道还很少见。本研究中,以金做催化剂,采用热分解ZnO粉末的CVD方法在Si(100)衬底上生长了有序排列的ZnO纳米线,运用X射线衍射仪(
4、XRD)与扫描电子显微镜(SEM)进行表征,结合汽-液-固(VLS)理论讨论了其生长机理。2实 验衬底采用n2Si(100),先用HF酸溶液浸蚀30s,去离子水清洗干净再分别在丙酮与酒精溶液中超声波清洗2min,然后在Si基片上蒸镀大约10nm厚的金膜为催化剂。化学气相沉积方法(CVD)制备ZnO纳米线的实验装置如图1所示。高纯度的ZnO(>99.95 )粉末装在氧化铝舟中,将氧化铝舟放入管式炉的恒温中心位置,Si基片放在距ZnO源气路下游15cm的位置。炉管升温速率为20℃/min,当ZnO源温度上升到1400℃时通Ar气(99.99%),流量
5、为40sccm,并将温度保持在1400℃(此时基片温度在700℃左右)。炉管内保持在26.6～400kPa的真空度,沉积时间30min,自然冷却后取出样品,表面显灰黑色。采用英国BedeD1SystemX射线衍射仪和日本JEOL2EDAX扫描电子显微镜对样品的结构和形貌进行表征。3实验结果与分析3.1ZnO纳米线表征图2为ZnO纳米线XRD测试结果图谱,从图中可以看到:只有在34.5°处出现了ZnO的(002)晶面的衍射峰,说明ZnO纳米线沿[001]方向择优生长;衍射峰强度大,宽度小,说明产物纯度高,结晶程度好,为ZnO单晶纳米线。图3是样品的扫
6、描电子显微镜的照片。图3(a)是样品的正面SEM图,从图中可以看出:ZnO纳米线的直径在100nm左右,有一定的倾斜度。图3(b)是样品的断面区域放大SEM图,从图中可以看出,ZnO纳米线平均长度在4μm左右,ZnO纳米线的底端有一层大约500nm的ZnO薄膜,ZnO纳米线长在ZnO薄膜之上。图3(c)是样品的断面大视场SEM图,可以看出ZnO纳米线高度一致,排列较为有序。图3(a)ZnO纳米线正面SEM图;(b)ZnO纳米线断面放大SEM图;(c)ZnO纳米线断面SEM图Fig.3(a)ThetopviewofSEMimagesofZnOnano
7、wires;(b)magnifidecross2sectionSEMimagesofZnOnanowires(c)cross2sectionSEMimagesofZnOnanowires3.2ZnO纳米线的生长机理ZnO纳米线下面有一层ZnO薄膜,所以本研究中的ZnO纳米线生长机理跟传统的气2液2固(VLS)机理[10]有所不同。其生长机理是:当基片温度还没达到ZnO的结晶温度700℃时,炉管中央位置的ZnO粉末源已经开始分解,虽然没通Ar气,但由于分子热运动的作用,气相ZnO将向基片方向运动。此时在基片位置处的气相过饱和度低,气相ZnO将凝聚成Z
8、nO纳米团簇,团簇的热运动速度急剧下降,重力场作用较明显,因此ZnO纳米团簇在重力场作用下沉积在基片表面,形成一层ZnO纳
