氧化锌微纳米结构的可控生长及特性研究.pdf

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1、论文作者签名：覆旅澎指导教师签名：—二≥翼垂兰二二-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l：委员2：委员3：委员4：委员5：答辩日期：垒!』监堑旦星望【4IIIllIlllllllIllIIUlY1893840ControllableFabricationofZn0micro／nanoArchitectures．andPropertiesCharacterization．．．⑧Author，ssignature：呈鱼生互圣一‘■‘Supervtsor7SslgnaturExternalReviewers：ExaminingCom

2、mitteeChairperson：ExaminingCommiDateoforaldefence：学位论文学位论文作者签名：纵签字日其I

3、：a矿／／年口厂月。7日学位论文版权使用授权书研究成写过的过的材并表示本学位论文作者完全了解浙江大学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。本人授权浙江大学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本授权书)导师签名：抖嗍：刎铴月少日浙江大学硕士学位论文摘要氧化锌(ZnO)是一种直接宽带隙半导

4、体，其室温禁带宽度为3．37eV，激子束缚能为60meV。由于ZnO的激子能够在室温下稳定存在，因而被认为是替代GaN的制备光电器件的理想材料。本文主要采用水热法可控生长氧化锌微纳米材料，在此基础上研究其光学、电学及磁学性质．首先，我们通过调控生长条件分别制备了氧化锌微纳米柱、微纳米柱薄膜、多孔球和多孔薄膜，并深入探讨了其生长机理，我们发现衬底上的氧化锌籽晶层和反应前驱液中柠檬酸钠在反应过程中起着决定性的作用：衬底控制着成核过程，而柠檬酸钠则决定了产物的晶相．因此，我们通过控制氧化锌籽晶层和反应前驱液成分，就可以非常容易地选择性生长氧化锌微纳米柱、阵列薄膜，多孔球以

5、及多孔薄膜的方法．接着我们研究了微纳米柱薄膜的导电性能，实验结果表明该薄膜具有优良的导电特性，其载流子迁移率达到了54．8cm2·V～。s～，载流子浓度为．2．73×1018cm一．简单的工艺，低廉的成本以及突出的电学性能将会使这种结构具备极大潜在应用价值．为了深入了解这种材料的导电机制，我们分别利用光致发光谱，电子顺磁共振谱和x射线光电子能谱，对样品进行了详细地分析，结果表明样品中存在大量的间隙氢缺陷，这可能是微纳米柱薄膜n型载流子的来源．另外我们研究了氧化锌多孔球的光学及磁学性能。通过热分解新型的多孔材料(Zn5(OH)8Ac2·2H20，LBZA)就可获得具有

6、巨大比表面积(42m2／g)的氧化锌多孔球，这种结构的氧化锌还未见报道．更有意思的是我们发现氧化锌多孔微球具有比较弱的室温铁磁性．我4f]利用XPS，EPR，PL和SQUID等分析测试手段对这种球状氧化锌的微观结构和物理性质进行了系统的测试和分析，试图探究其室温铁磁性的来源．实验结果表明，未掺杂氧化锌多孔球的室温铁磁性能来源于一种浅施主能级缺陷，位于表面处以氢锌键形式存在的氢缺陷可能就是这种浅施主缺陷．关键词：ZnO纳米材料；ZnO薄膜；ZnO多孔球；晶体生长；室温铁磁：水热法．i浙江大学硕士学位论文AbstractZincOxideisakindofsemicon

7、ductorwithadirectbandgapof3．37eVatroomtemperatureandexcitonbindingenergyof60meV．Onbehalfofthelargeexcitonbindingenergy，theexcitoncankeepstableunderroomtemperature，whichmakesitpotentialforblue—ultravioletandwhitelight-emittingdevices，asasubstitutionofGaN．Inthisthesis，thegrowthofmicro／na

8、noZnOmaterialwascontrolledbyhydrothermalmethodandtheiroptical，electricalandmagneticpropertieswerestudied．AftertheZnOmicro-／nano·rods，rodsbasedthinfilm，porousspheresandporousfilmweresuccessfullyfabricatedbycontrollablegrowthprocess，wefiguredoutthegrowthmechanismofthesestructures．Botht