ZnO微纳米柱的选择生长与性质研究

发布时间：2018-03-30 10:05

  本文选题：纳米　切入点：选择　出处：《南京大学》2015年硕士论文

【摘要】：ZnO具有优异的光电性能和高达60meV的激子束缚能,被认为是实现激子基光电器件的优选材料。但是ZnO的p型掺杂这一重大的技术难题严重限制了ZnO基光电器件的研究与发展,掺杂元素在ZnO中存在有限固溶度和自补偿效应是其中最主要的技术障碍。另一方面,纳米ZnO由于具有极其丰富的形态结构、巨大的表面积-体积比和优异的性能,一直是半导体纳米结构研究的前沿和热点。本论文针对ZnO的p型掺杂的技术困难,借助于ZnO纳米结构的巨大表体比对掺杂形成能的可能降低,开展了ZnO微纳米柱的选择生长与掺杂研究。采用综合光学表征技术研究了ZnO的表体比对掺杂原子的固溶度和掺杂效率的作用和影响,初步显示出掺杂受主与施主的不同分布,这为拓展ZnO的p型掺杂提供了新的思路。论文的工作以及取得的成果主要如下：(1) 以N2O作为反应气、采用化学气相输运的方法在ZnO模板上制备出生长方向与高度较为一致的ZnO微纳米柱阵列。SEM表面形貌与XRD结构测量显示ZnO微纳米柱生长方向为c轴(0001)；EDX能谱测量显示ZnO微纳米柱中N的有效掺入,表明微纳米柱的巨大表体比确实有效增强了N的掺杂效率；Raman散射光谱观察到与N相关的拉曼振动膜,进一步证实了ZnO微纳米柱中N元素的有效掺入,并在其低温PL谱中观察到与ZnO中的受主相关的带边发射和绿带发射。(2)开展了ZnO微纳米柱的选择生长研究,研究表明ZnO微纳米柱的CVT生长对SiO2层与ZnO模板存在极强的选择性,即ZnO微纳米柱在SiO2层上几乎不生长,在ZnO缓冲层上生长良好。进一步使用SiO2作为反应阻挡层,采用纳米压印技术制备出具有周期结构(200nm×200nm)的ZnO图形窗口。研究了选择生长对ZnO微纳米柱的尺寸与分布的控制作用与机理。(3)采用选择生长技术制备出尺寸、密度不同的三种典型的ZnO微纳米柱,研究发现ZnO微纳米柱的尺寸与分布的变化将导致其表面与体内对其光致发光谱产生不同的贡献,从而有可能为揭示ZnO微纳米柱中掺杂或杂质缺陷的分布提供佐证。低温PL谱的研究显示与受主束缚激子A0X和表面态束缚激子SX相关的杂质缺陷主要分布在ZnO微纳米柱的侧面,表明N掺杂形成的相关受主(如N受主复合体或锌空位团簇)更多的分布在微纳米柱的表面,证实了ZnO微纳米柱中较大的表体比对受主杂质形成的增强作用。与之相反,低温PL谱显示其带内绿带发光均匀分布在微纳米柱中,由于绿带被指认为间隙Zn与单个Zn空位的复合体的发光,因此可以认为微纳米柱中间隙锌施主以及单个的锌空位的均匀分布特征。Raman谱观察到的与N相关的振动膜的强度与ZnO微纳米柱的体量正相关,进一步证实了与该振动膜相关的间隙Zn施主杂质确实均匀分布在微纳米柱中。
[Abstract]:On the other hand , ZnO micro - nano - pillars have been studied and developed by means of a comprehensive optical characterization technique .
EDX spectrum measurement shows that the effective incorporation of N in ZnO micro - nano - pillars shows that the large scale ratio of micro - nano - pillars can effectively enhance the N doping efficiency .
The growth of ZnO micro - nano - pillars was studied by using nano - imprinting technique .

【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN304.21;TB383.1

【参考文献】

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本文编号：1685447