ZnO納米陣列和非極性薄膜的制備及性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、ZnO低維納米材料是一種重要的功能材料,有許多優(yōu)良的性能,在化工、電子、微納器件等領(lǐng)域有廣泛的用途。其中,一維ZnO納米線陣列是一種特殊結(jié)構(gòu)和優(yōu)異物化性能的納米材料。有序納米線結(jié)構(gòu)將會更大地發(fā)揮ZnO納米線的優(yōu)異特性,是新型高性能納米材料與器件研究的重要物質(zhì)基礎。而非極性面的ZnO薄膜在光電器件、表面聲波、壓電以及紫外光調(diào)制器等器件方面,同樣有著重要應用價值。其纖鋅礦結(jié)構(gòu)會導致在極性軸[0001]方向具有很強的自發(fā)極化和壓電極化效應。解

2、決此問題最根本方法是生長非極性面的薄膜,即薄膜的生長方向垂直于[0001]方向。本論文主要圍繞ZnO納米線陣列結(jié)構(gòu)的可控制備及其物性研究,和非極性ZnO 薄膜的PLD 生長與表征來開展,同時對非極性GaN 薄膜的MOCVD 生長及表征進行了研究,獲得一些有意義的研究結(jié)果。其主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
   ⑴采用氣相法,在GaN 襯底上制備了一維ZnO納米結(jié)構(gòu),重點研究了反應物總量、催化劑厚度、沉積溫度和管內(nèi)真空度對納米線陣列的形

3、貌、直徑、長度、密度、取向性的影響,得到了最佳的生長工藝參數(shù)。在靠近反應區(qū)合適的位置,管內(nèi)1000~2500 Pa的穩(wěn)定壓強下,制備出大面積形貌優(yōu)良、尺寸均勻、整齊排列的納米線陣列。從光學角度出發(fā),闡述了納米線的形貌、有序排列與其發(fā)光性能、聲子振動特性、紫外光探測響應性能和表面潤濕性之間的關(guān)系。
   ⑵采用水熱法,在低溫95℃,不同導電襯底(ITO、FTO、Pt)上制備出了高取向、大面積、均勻的ZnO納米線陣列。研究了生長時間

4、和反應物濃度對陣列的影響。在此基礎上,采用兩步法構(gòu)建了NiO/ZnO納米結(jié)構(gòu)陣列,和光刻膠旋涂的ZnO納米陣列結(jié)構(gòu),重點對其出現(xiàn)的電阻開關(guān)效應進行了分析和討論。通過對I-V 結(jié)果線性擬合分析,得出在高低阻態(tài)不同偏壓下其導電機制并不相同,這主要是由界面效應引起的。
   ⑶采用MOCVD外延法,在r面藍寶石襯底上生長了系列的非極性a面GaN薄膜。分析了不同生長工藝(AlxGa1-Xn緩沖層、原位生長SiNx插入層)對本征GaN外延

5、層生長質(zhì)量的影響,取得了較好的結(jié)果。采用飛秒激光Z掃描方法,探究了非極性GaN薄膜的三階非線性光學性質(zhì),發(fā)現(xiàn)了晶體對稱性降低引起三階非線性吸收系數(shù)和三階非線性折射率具有面內(nèi)各向異性。
   ⑷利用脈沖激光沉積的方法,采用a-GaN模板作為襯底,探究非極性面ZnO薄膜的生長特性。研究不同生長溫度對ZnO薄膜的晶體質(zhì)量、表面形貌以及光學性質(zhì)等性能的影響。通過優(yōu)化成膜溫度,在600℃制備出高質(zhì)量a面的ZnO薄膜,其雙晶衍射的半峰寬最小

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