Ga摻雜ZnO納米結(jié)構(gòu)制備及發(fā)光特性研究.pdf

1、近年來，作為一種重要的半導(dǎo)體材料，ZnO納米結(jié)構(gòu)尤其是一維納米結(jié)構(gòu)材料引起了人們極大的研究興趣。ZnO獨(dú)特的物化性質(zhì)，使ZnO納米結(jié)構(gòu)材料不但適合做基礎(chǔ)研究，而且具有許多潛在的應(yīng)用價(jià)值，比如制作各種光電器件。ZnO納米結(jié)構(gòu)合成和器件應(yīng)用方面的研究一直在不斷進(jìn)步，但關(guān)于ZnO材料的一些基本性質(zhì)依然存在疑問，比如ZnO納米結(jié)構(gòu)中可見發(fā)射的來源問題，人們普遍認(rèn)為ZnO納米結(jié)構(gòu)中的可見發(fā)射源自材料內(nèi)部的各種缺陷，但不同波長(zhǎng)的可見發(fā)射究竟與何種缺

2、陷有關(guān)一直存在爭(zhēng)議，其中最著名的是綠光發(fā)射的來源問題。摻雜是調(diào)控ZnO納米結(jié)構(gòu)光電特性的有效手段，通過摻雜能得到發(fā)光特性不同的ZnO納米結(jié)構(gòu)樣品，結(jié)合對(duì)這些樣品中缺陷分布特點(diǎn)的分析有望解答可見發(fā)射的來源問題。ZnO納米結(jié)構(gòu)摻雜主要有n型摻雜、p型摻雜、稀土元素?fù)诫s和過渡金屬元素?fù)诫s四種，通常使用稀土摻雜來調(diào)控ZnO納米結(jié)構(gòu)的發(fā)光特性，但其他元素?fù)诫s也能對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)的發(fā)光特性進(jìn)行調(diào)控，結(jié)合研究組具備的實(shí)驗(yàn)條件，我們選擇利用Ga摻雜來調(diào)

3、控ZnO納米結(jié)構(gòu)的發(fā)光特性。Ga摻雜往往對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)表面形貌造成破壞，較高濃度Ga摻雜使樣品表面變粗糙和不均勻。為了得到純的和Ga摻雜濃度較高且形貌基本一致的ZnO納米結(jié)構(gòu)樣品，我們發(fā)展了一種簡(jiǎn)單的擴(kuò)散摻雜方法。本文主要內(nèi)容包括：
　　 1.Ga摻雜ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備及表征利用基于碳熱還原反應(yīng)的CVD方法制備了純的和摻雜濃度從低到高變化的一系列Ga摻雜ZnO納米結(jié)構(gòu)樣品，通過控制簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)條件就能調(diào)節(jié)樣品的摻雜濃度。用FE

4、SEM、XRD、HRTEM、XPS和PL對(duì)樣品的形貌、結(jié)構(gòu)、成分和發(fā)光特性進(jìn)行了研究。只有當(dāng)摻雜濃度達(dá)到一定值時(shí)樣品中才會(huì)出現(xiàn)雜相，可以在較大摻雜濃度范圍內(nèi)對(duì)樣品實(shí)現(xiàn)有效摻雜。
　　 2.Ga摻雜對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌的影響通過控制樣品生長(zhǎng)過程中氧氣流的通入條件實(shí)現(xiàn)了純ZnO納米棒和納米釘陣列的可控制備，引進(jìn)Ga源后，隨著源料摩爾比Ga：ZnO的升高樣品的形貌會(huì)發(fā)生有規(guī)律的變化，這是Ga源處在非有效摻雜位置時(shí)的情況。Ga源移動(dòng)到有

5、效摻雜位置后，樣品形貌會(huì)發(fā)生很大變化，從ZnO納米棒變成了ZnO錐狀和樹狀納米結(jié)構(gòu)，其中Ga摻雜ZnO樹狀納米結(jié)構(gòu)還未見報(bào)道，我們還研究了其可能的生長(zhǎng)機(jī)理。在Ga氣氛中對(duì)生長(zhǎng)好的純ZnO納米棒陣列進(jìn)行退火，在保持樣品形貌基本不變和不產(chǎn)生雜相的前提下成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)ZnO納米棒的較高濃度摻雜。
　　 3.Ga摻雜對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)發(fā)光特性的調(diào)控樣品的可見發(fā)射(峰位≈500nm)，強(qiáng)度(或可見與近紫外峰強(qiáng)度比)隨Ga摻雜濃度升高而降低直

6、至可見發(fā)射趨于消失。對(duì)純和摻雜樣品XPS譜中O1s峰進(jìn)行分峰處理后發(fā)現(xiàn)，與氧空位缺陷濃度正相關(guān)的空位氧峰相對(duì)強(qiáng)度(空位氧峰與晶格氧峰的積分面積比)也隨Ga摻雜濃度升高而降低直至空位氧峰消失?？梢娕c近紫外峰強(qiáng)度比及空位氧峰相對(duì)強(qiáng)度隨Ga摻雜濃度的變化關(guān)系基本一致，可見與近紫外峰強(qiáng)度比和空位氧峰相對(duì)強(qiáng)度之間成近似線性的變化關(guān)系。氧空位缺陷濃度越高，樣品的可見發(fā)射就越強(qiáng)、近紫外發(fā)射就越弱；反之則樣品的可見發(fā)射就越弱、近紫外發(fā)射就越強(qiáng)。由此推斷