三维ZnO纳米结构的可控合成及其物性研究.pdf

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterPhysicalpropertiesandcontrollablesynthesisof^1‘·1rT，、·j-ICIimensionalZ—nUnanostrnCtnresBy：XuYuruiSupervisor：AssociateProf．TianYongtaoCondensedMatterPhysicsSchoolofPhysicalScienceandEngineeringMay,2011学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所

2、取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：学位论文使用授权声明日期蹄臼【同本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接

3、相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：徐玉睿日期扬11年臼IEl摘要随着纳米科学与技术的快速发展，ZnO纳米材料以其独特的光电性能在催化、激光、传感和光伏器件等方面得到了广泛的应用。材料的性能不仅取决于尺寸、结构、成分，还取决于其形貌和维度，因此控制ZnO纳米结构的尺寸、结构和形貌对其迸一步的应用具有重要的价值。同时ZnO的异质结构展示出优异的光电性能。本文利用化学浴法和电化学两种简单的方法在不使用表面活性剂的低温条件下制备出了大面积的ZnO纳米棒阵列、花状ZnO纳米片、花状ZnO纳米棒及ZnO纳米管等纳米结构，研究其生长机制和荧光性能

4、；在此基础上合成ZnO／p．Si异质结构，研究了异质结的电学性能和紫外光传感性能。具体内容如下：1、通过化学浴法，在低温950C的条件下，P型Si衬底上合成了ZnO纳米棒阵列，改变反应溶液的pH值，研究溶液参数对ZnO形貌的影响，结果分析表明当反应溶液浓度为0．1M／LpH值为10．6时，ZnO纳米棒为纤锌矿结构，呈现J下六角形，阵列均匀整齐。在室温下用波长为325nm的激光作为激发光，ZnO纳米棒阵列光致发光谱显示紫外本征发射和绿色缺陷发射。在此基础上，构成n．ZnO纳米棒阵ylJ／p．Si异质结构，I．V曲线表明具有明显的整流特性，正向开启电压大约为2．28V，反向截止电压高达7．5V，漏

5、电流为0．05mA。不同衬底对纳米ZnO形貌影响比较明显：铝片或镀铝的衬底上得到花状ZnO纳米片结构或花状ZnO纳米棒结构；Cu、Mo、Ag和ITO导电玻璃衬底都为棒状结构。结果在ZnO纳米结构的合成和器件设计等领域有重要参考价值。2、低温条件下，选择性腐蚀电化学合成的ZnO纳米棒，在P型Si衬底上控制合成了ZnO纳米管阵列，构成ZnO纳米管阵列／p型Si异质结构(n—ZnONT／p．Si)。ZnO纳米管阵列光致发光谱显示，在378nm处出现了很强的紫外发光峰，而在500am左右存在一个较宽的绿光发光峰，表明ZnO纳米管结晶较好。I．v曲线显示n．ZnONT／p—Si异质结构在紫外光照射的光暗

6、两种条件下都表现出了较好的整流特性。紫外光照射下，反向电压区电流出现了较大的变化，反映出n．ZnONT／p．Si异质结有较强的紫外光响应，因此有望成为潜在的紫外光探测器件。摘要3、基于以上所得到的结果：同样的条件下，Al片衬底上生长花状的ZnO结构。有目的的将玻璃衬底材料上溅射Al层，并调节溶液pH值，从而控制合成了花状ZnO纳米片结构和花状的ZnO纳米棒结构。花状纳米片结构退火后410nm处由Zn空位引起的蓝色光致发光峰消失，550nm处由。间隙引起的黄色光致发光峰增强，表明退火可能导致样品中处于主导地位缺陷的浓度或者类型改变。花状ZnO纳米棒结构的PL谱中有一个非常强的紫外发射峰(380n

7、m左右)，退火后，除紫外光发射峰强度增强外，500nm处的绿色发射峰也反常地增强。结果说明铝衬底上ZnO纳米结构，退火可能导致样品中处于主导地位的缺陷浓度或类型改变，不一定能完全提高晶体质量。这种在衬底上生长的高密度大面积的花状结构有望在光电子器件、传感器件、及太阳能电池中得到的应用。关键字：花状结构、纳米管阵列、蓝色发光、缺陷发光、整流特性、n．ZnONT／p—Si异质结；IIAbstractZ