ZnO納米陣列和非極性薄膜的制備及性能研究.pdf

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(huì)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(chǔ)。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(yīng)用價(jià)值。其纖鋅礦結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致在極性軸[0001]方向具有很強(qiáng)的自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)。解

2、決此問(wèn)題最根本方法是生長(zhǎng)非極性面的薄膜，即薄膜的生長(zhǎng)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(zhǎng)與表征來(lái)開展，同時(shí)對(duì)非極性GaN 薄膜的MOCVD 生長(zhǎng)及表征進(jìn)行了研究，獲得一些有意義的研究結(jié)果。其主要研究?jī)?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(diǎn)研究了反應(yīng)物總量、催化劑厚度、沉積溫度和管內(nèi)真空度對(duì)納米線陣列的形

3、貌、直徑、長(zhǎng)度、密度、取向性的影響，得到了最佳的生長(zhǎng)工藝參數(shù)。在靠近反應(yīng)區(qū)合適的位置，管內(nèi)1000~2500 Pa的穩(wěn)定壓強(qiáng)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(xué)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(dòng)特性、紫外光探測(cè)響應(yīng)性能和表面潤(rùn)濕性之間的關(guān)系。
　　 ⑵采用水熱法，在低溫95℃，不同導(dǎo)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(zhǎng)時(shí)間

4、和反應(yīng)物濃度對(duì)陣列的影響。在此基礎(chǔ)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(diǎn)對(duì)其出現(xiàn)的電阻開關(guān)效應(yīng)進(jìn)行了分析和討論。通過(guò)對(duì)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(dǎo)電機(jī)制并不相同，這主要是由界面效應(yīng)引起的。
　　 ⑶采用MOCVD外延法，在r面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)了系列的非極性a面GaN薄膜。分析了不同生長(zhǎng)工藝（AlxGa1-Xn緩沖層、原位生長(zhǎng)SiNx插入層）對(duì)本征GaN外延

5、層生長(zhǎng)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(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了晶體對(duì)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(zhǎng)特性。研究不同生長(zhǎng)溫度對(duì)ZnO薄膜的晶體質(zhì)量、表面形貌以及光學(xué)性質(zhì)等性能的影響。通過(guò)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