水溶液法ZnO薄膜的生長(zhǎng)和形貌控制.pdf

1、ZnO是一種重要的II-VI族半導(dǎo)體化合物，能廣泛應(yīng)用于光電領(lǐng)域。本文采用水溶液生長(zhǎng)法，以硝酸鋅和氨水為前驅(qū)生長(zhǎng)液，通過(guò)襯底表面晶種層的外延生長(zhǎng)方式，制備了高取向的六方纖鋅礦氧化鋅(ZnO)納米/微米棒晶陣列薄膜。研究了ZnO棒晶在水溶液中外延生長(zhǎng)的機(jī)理?？疾煲r底微結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)時(shí)間和初始鋅離子濃度等對(duì)ZnO棒晶尺寸的影響。在生長(zhǎng)溶液中添加硝酸鎘，通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)液中硝酸鎘的濃度、pH值、硝酸鎘的加入方式以及生長(zhǎng)時(shí)間等考察了對(duì)ZnO薄膜形貌的影

2、響。在生長(zhǎng)溶液中加入氯化鈉、檸檬酸鈉、硝酸銨以及氟化銨研究了ZnO薄膜形貌的變化。 利用XRD、SEM、EDS、FESEM、TEM和HRTEM等方法分析和表征了制得的ZnO薄膜的物相組成、晶體形貌和組織結(jié)構(gòu)等。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在氨水體系中加入硝酸鎘，由于靜電力作用，到正電的[Cd(NH3)6]2+與[Zn(NH3)4]2+競(jìng)爭(zhēng)吸附于ZnO晶體(0001)負(fù)極性面，迫使大量[Zn(NH3)4]2+吸附于ZnO晶體的(1000)和(1010

3、)晶面，導(dǎo)致棒徑方向的生長(zhǎng)速率增大，制備出直徑高達(dá)700nm的ZnO棒晶，棒晶之間相互嵌合生長(zhǎng)，得到了高取向、高致密度的ZnO多晶取向薄膜。生長(zhǎng)溶液中加入檸檬酸鈉后制備出片狀ZnO；加入氟化銨后制備出針狀ZnO。 本文通過(guò)考察品種層襯底微結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)時(shí)間和初始鋅離子濃度等研究了水溶液法ZnO的外延生長(zhǎng)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：排列整齊一致的ZnO納米棒晶陣列的制備需要襯底表面涂敷ZnO晶種層；隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增加，棒的尺寸增大；生長(zhǎng)液初始

4、鋅濃度主要影響棒的c軸由方向的生長(zhǎng)速率，濃度的增大有利于ZnO棒晶陣列的致密度以及整齊度；生長(zhǎng)液中加入硝酸鎘后，隨著初始鎘離子濃度的增加，棒徑從～180nm增至～400nm；增大初始pH值后，ZnO棒晶的尺寸無(wú)明顯變化，但薄膜由致密變的疏松，原因是小棒徑的ZnO棒晶溶解；ZnO在原Zn(NO3)2/NH3·H2O體系中生長(zhǎng)1h后再置入[Zn(NO3)2、Cd(NO3)2]/NH3·H2O生長(zhǎng)體系，隨著二次生長(zhǎng)液中鎘離子濃度由0.012