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《摻雜對納米氧化鋅復(fù)阻抗的影響》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、一、選題的依據(jù)及意義ZnO是一種Ⅱ—Ⅵ族具有壓電和光電特性的直接寬帶隙半導(dǎo)體材料,原材料廉價且地球儲量豐富,在氫等離子環(huán)境中穩(wěn)定等優(yōu)點,經(jīng)摻雜后的ZnO薄膜具有優(yōu)良的透明導(dǎo)電功能,是人們關(guān)注的短波長光電材料的新焦點。ZnO室溫下的禁帶寬度為3.37eV,其激子束縛能高達(dá)60me,從而被認(rèn)為是一種更適合用于室溫火更高溫度下的紫外發(fā)射材料[1]。極好的抗輻照性能和化學(xué)穩(wěn)定性能,低的外延生長溫度和大尺寸襯底材料等一些獨特的優(yōu)點,具有特殊的電子傳輸特性,光學(xué)特性和表面效應(yīng)。使其在激光器、場效應(yīng)晶體管、單電子晶體管、二極管、邏輯電路、傳感器等方面有廣泛應(yīng)用。有望用于制備uV發(fā)光二極管
2、和低閾值激光器,這些器件將廣泛用于光通信網(wǎng)絡(luò)、光電顯示、光電儲存、光電轉(zhuǎn)化和光電探測等領(lǐng)域。除具有優(yōu)異的光學(xué)性能外,ZnO還同時具有壓電性能,熱釋電性能,場致發(fā)射效應(yīng),氣敏性等多種特殊的性能[2]。另外,ZnO制備工藝簡單,生長溫度較低,能在生長高質(zhì)量體單晶作為襯底進(jìn)行同質(zhì)外延;ZnO原料豐富,且且鋅礦相對集中,生產(chǎn)成本低廉;最后,Zn0無毒、對環(huán)境無污染,是一種環(huán)保材料。以上所列的種種優(yōu)點表明,Zn0具有十分廣闊的應(yīng)用前景,成為了半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究熱點,備受矚目。ZnO帶隙較寬,實際存在的單晶氧化鋅卻是N型半導(dǎo)體,只是由于氧化鋅本身缺陷(填隙鋅原子)或氧空位引起的,由于這些
3、本征缺陷的存在,使得化學(xué)配比非理想化,導(dǎo)致載流子濃度可以在一個很大的范圍內(nèi)變化(變化范圍可達(dá)10個數(shù)量級)[3]。一般認(rèn)為ZnO是單極性半導(dǎo)體。由于ZnO的禁帶寬度大于可見光的光子能量(3.37eV),可見光的照射不能引起本征激發(fā),所以它對可見光是透明的,可廣泛用做透明材料。ZnO具有高達(dá)60meV的激子束縛能,如此高的束縛能使得它在室溫下不易被熱激發(fā)(室溫下的分子熱運動能為26meV),從而大大提高了ZnO材料的激發(fā)發(fā)射機制,降低了室溫下的激射域值。由于氧化鋅本征缺陷的存在,除了激子復(fù)合和帶間躍遷發(fā)光,還可以得到幾種帶內(nèi)躍遷發(fā)光[4,5]。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(含
4、文獻(xiàn)綜述)近年來,ZnO納米線的研究引起人們的關(guān)注,特別是在室溫紫外光致發(fā)光方面取得了重大進(jìn)展。在國外,在400.500℃溫區(qū)的氧化鋁襯底上收集到了ZnO4納米帶,其中有些納米帶的形狀呈螺旋狀[6]。這種螺旋結(jié)構(gòu)同樣是Zn0納米帶側(cè)面電荷極化而自組織形成生長的結(jié)果。利用高溫固體氣相蒸發(fā)法成功合成TZnO單晶納米帶。這些帶狀結(jié)構(gòu)由于沒有使用催化劑,因此純度高、產(chǎn)量大、結(jié)構(gòu)完美、表面干凈,并且內(nèi)部無缺陷,是理想的單晶線型薄片結(jié)構(gòu),納米帶的橫截面是一個窄矩形結(jié)構(gòu),帶寬為30.300nm,厚度5—10nm,而長度可以達(dá)到幾毫米。納米帶是迄今發(fā)現(xiàn)就有結(jié)構(gòu)可控且無缺陷的唯一寬禁帶半導(dǎo)體
5、準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu),這為豐富和發(fā)展一維納米材料開辟了新的方向。依靠原子力顯微鏡和VLS生長機制,在藍(lán)寶石襯底上生長定向的納米ZnO線(棒),通過控制催化劑Au的大小,形狀,分布和方向,提前設(shè)計出所要的圖案和特征,生長出“NANOCatech”圖案[7,8]。直接寬禁帶半導(dǎo)體ZnO是紫藍(lán)光及紫外等未來信息高科技領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料,它在長壽命高效固態(tài)光源、高密度信息儲存、紫外波段安全通信、航天輻射探測等方面有著及重要用途。ZnO室溫下禁帶寬度為3.37eV,激子束縛能高達(dá)60meV,存在室溫激子,適合于室溫下的紫外激光發(fā)射,可制成短波近紫外發(fā)光和激光器件,可用于提高計算機的存儲密度,而
6、且物理化學(xué)性能穩(wěn)定(抗氧化、耐潮、耐高溫等)[9]。同時ZnO的一維納米材料將成為重要的納米光電子功能材料中的一員,將具有重要的應(yīng)用價值。而稀土離子由于具有特殊的殼層機構(gòu),外面的晶體場被電子層所屏蔽,三價稀土的發(fā)光電子躍遷大多是4f態(tài)間的躍遷。在近紫外、可見和近紅外光的波段內(nèi),有許多的特征銳譜線,作為發(fā)光材料的發(fā)光中心是一種比較好的選擇,利用三價稀土離子的4f—4f躍遷和ZnO納米晶的量子效應(yīng)可以改變材料的發(fā)光性質(zhì)。目前,摻稀土離子的ZnO研究已引起了人們較大興趣,在ZnO納米粉中引入稀土離子不僅可以豐富發(fā)光的顏色,而且在光電集成材料和器件中具有重要的基礎(chǔ)研究價值,稀土摻雜
7、的半導(dǎo)體已經(jīng)在活性層方面得到了廣泛的應(yīng)用,如在薄膜電致發(fā)光器件、光電子和陰極射線發(fā)光等器件中[10,11,12]。三、本課題研究內(nèi)容本課題就是以Zn(NO3)2,NaOH,Mg(NO3)2,NiCl為原料合成納米級ZnO的混合物,并利用X射線衍射儀對其進(jìn)行物性分析,用掃描電子顯微鏡對其進(jìn)行形貌研究。本實驗采用燃燒法制備納米ZnO,采用Na,Mg,Ni作為摻雜元4素,并且改變摻雜濃度從而觀察不同的摻雜元素以及摻雜濃度對納米ZnO結(jié)構(gòu)形貌和介電性能的改變。同時,采用不同的熱處理溫度,從而探討不同熱處理溫度對納米ZnO形