纳米ZnO的制备及湿法刻蚀对纳米ZnO光学性质的影响

发布时间：2018-04-18 22:02

  本文选题：ZnO纳米结构 + NH4CL刻蚀　； 参考：《辽宁师范大学》2015年硕士论文

【摘要】：ZnO是新一代直接宽带隙半导体材料,拥有六方纤锌矿晶体结构,其室温下的禁带宽度是3.37eV,激子束缚能高达60meV。近年来,大量的研究工作集中于ZnO纳米器件方面,比如ZnO纳米发电机、纳米场效应管和纳米发光二极管等器件的研究。ZnO纳米材料的结构和性质对ZnO纳米器件起到决定性作用,因此ZnO纳米结构的制备和性能研究对ZnO材料在纳米器件中的应用有着重要意义。本文利用水热法制备了多种ZnO纳米结构,研究了溶液浓度和衬底类型对ZnO纳米结构的影响;研究了ZnO湿法刻蚀技术及其对ZnO纳米材料光学性能的影响。具体研究内容如下:一、在纤维素膜、石墨烯、树叶、塑料板及Si衬底上制备了ZnO纳米结构。通过控制反应溶液的浓度,制备出具有不同形貌的ZnO纳米结构,利用扫描电子显微镜对制备的纳米结构进行形貌分析。结果表明,纤维素膜上没有制备出ZnO纳米结构;石墨烯衬底上制备出了具有六角形状的纳米结构和片状纳米结构;树叶衬底上制备出了片状ZnO纳米结构;塑料板衬底上制备出大尺寸六角螺帽状的ZnO纳米结构和小尺寸的ZnO纳米晶粒;Si衬底上制备出了由六角状ZnO纳米棒构成的规则排布的纳米阵列结构。二、利用NH4CL水溶液对ZnO纳米阵列进行可控湿法刻蚀。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射技术和光致发光测试等技术研究了刻蚀时间对一维ZnO纳米棒形状和光学性质的影响。结果表明,随着刻蚀时间增加,ZnO纳米棒直径减小,纳米阵列密度逐渐变小。光致发光测试结果表明,随着刻蚀时间变化,ZnO纳米阵列光谱中紫外峰位、紫外可见发光积分强度比值无明显变化。随着刻蚀时间的增加,ZnO纳米阵列的紫外发光强度逐渐增强。这是由于随着刻蚀时间的增加,ZnO纳米阵列的末端形状由棱台状变为棱锥状,以及相邻纳米棒间距逐渐变大,使ZnO纳米结构的受光面积增大,从而导致紫外发光峰强增强。我们对刻蚀前后ZnO纳米结构的光输出效果采用几何方法进行了模拟分析,结果表明刻蚀后的ZnO纳米结构有利于提高出光率。
[Abstract]:ZnO is a new generation of direct wide band gap semiconductor material with hexagonal wurtzite crystal structure. The band gap at room temperature is 3.37 EV and the exciton binding energy is up to 60 MEV.In recent years, a lot of research work has focused on ZnO nanodevices, such as ZnO nanometer-generator, nanofilm effect tubes and nano-LEDs. The structure and properties of ZnO nanomaterials play a decisive role in ZnO nanodevices.Therefore, the preparation and properties of ZnO nanostructures are of great significance to the application of ZnO materials in nanodevices.In this paper, a variety of ZnO nanostructures were prepared by hydrothermal method. The effects of solution concentration and substrate type on ZnO nanostructures, ZnO wet etching techniques and their effects on the optical properties of ZnO nanomaterials were studied.The main contents are as follows: 1. ZnO nanostructures were prepared on cellulose membranes, graphene, leaves, plastic sheets and Si substrates.The ZnO nanostructures with different morphologies were prepared by controlling the concentration of the reaction solution. The morphology of the prepared nanostructures was analyzed by scanning electron microscope (SEM).The results showed that ZnO nanostructures were not prepared on cellulose films, hexagonal nanostructures and flake nanostructures were prepared on graphene substrates, and flake ZnO nanostructures were prepared on leaf substrates.Large size hexagonal nut shaped ZnO nanostructures and small size ZnO nanocrystalline Si substrates were fabricated on plastic substrates, and a regular array of hexagonal ZnO nanorods was prepared on small size ZnO nanocrystalline Si substrates.Secondly, NH4CL aqueous solution was used to fabricate ZnO nanoarrays by controlled wet etching.The effects of etching time on the shape and optical properties of one-dimensional ZnO nanorods were investigated by means of scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence (PL) measurements.The results show that the density of ZnO nanorods decreases with the increase of etching time.The photoluminescence results show that there is no obvious change in the ratio of UV luminescence integral intensity with the change of etching time in the UV peak position of ZnO nanoarrays.With the increase of etching time, the UV luminescence intensity of ZnO nanoarrays increases gradually.This is because with the increase of etching time, the terminal shape of ZnO nanorods changes from prismatic to pyramidal, and the distance between adjacent nanorods becomes larger, which increases the light receiving area of ZnO nanostructures, which leads to the enhancement of UV luminescence peak strength.The light output effect of ZnO nanostructures before and after etching is simulated by geometric method. The results show that the ZnO nanostructures after etching can improve the light output rate.
【学位授予单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1

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本文编号：1770257