Cu衬底上超细ZnO纳米线的制备及其光学性质研究
本文选题:超细ZnO纳米线 + 光致发光 ; 参考:《哈尔滨师范大学》2015年硕士论文
【摘要】:氧化锌(ZnO)是现今非常重要的宽禁带半导体材料,禁带宽度大约是3.37 eV。由于其在室温下具有高达60 meV的激子束缚能,因此其在紫外光电器等方面有很大的应用潜力。与大尺寸的纳米结构相比,超小纳米结构由于具有相当大的比表面积,已经成为纳米科学和纳米技术领域一个重要的研究课题。近年来,Ag,Au,ZnS,Si,CdSe和Fe3O4等超细纳米材料的合成已经成为研究热点,关于这些材料的一些重大突破综述近期也被报道。在纳米材料研究领域,一维纳米级半导体由于在电子、光子、传感器、光催化、能量产生(比如太阳能电池)、场发射器件等方面具有潜在的应用而备受关注。ZnO是最受关注的纳米材料之一。通常,直径小于10 nm的ZnO纳米线由于其量子限域效应明显,能展现出神奇和独特的性质。故而研究超细ZnO纳米线的制备及其相应的物理和化学性质也吸引了很多课题小组的兴趣。光致发光光谱是不与材料直接接触且不损坏材料的探测材料内部结构的非常有效的途径。因此本文针对当前纳米材料领域仍然比较热点的材料ZnO进行了深入的研究,包括超小尺寸ZnO纳米结构的制备及其光学性质。本文用化学气相沉积(CVD)方法在Cu衬底上制备了超细的ZnO纳米线,利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其表面形貌进行了表征,并对其进行了光致发光测试。由TEM平面图可知,本文所制备的ZnO纳米线的直径为5 nm~8 nm。本文开辟了一种不用催化剂就能得到超细一维纳米结构的途径(CVD方法)。本文使用325 nm He-Cd激光器对所制备的超细ZnO纳米线进行了光致发光性质研究。在室温下,超细ZnO纳米线PL光谱的自由激子峰位比ZnO粉末的蓝移了40 meV,这被归因于纳米线的量子限域效应。室温PL光谱的深能级发射峰(450nm~650 nm)强度很高,这是由于小尺寸所导致的材料内部缺陷。通过将合成样品在15 K下的光致发光测试(PL)结果与已有文献中直径为4.1 nm的ZnO纳米线在相同温度(15 K)下的PL测试结果进行了对比,本文进一步证实了:纳米线的量子限域效应会导致自由激子(FX)峰位的蓝移,且纳米线的直径越小,FX峰位的蓝移效果越明显。为了验证中心位于3.322 eV(标志为FX-LO)的峰位的本质,文中展示了随着温度升高,样品光致发光光谱的变化情况。本文还利用法国J-Y公司生产的HR800微区拉曼系统对样品进行了拉曼测试,其激发光源488 nm的氩离子激光器,所测拉曼光谱表明ZnO的小尺寸会导致拉曼峰的频移和非对称加宽。由于这种超细一维纳米结构是在Cu衬底上制备的,与其他的半导体或绝缘体衬底相比,更利于人们对超细一维纳米结构的研究和应用。这种ZnO微观结构将在电子学和光学方面有深远的应用影响。
[Abstract]:Zinc oxide (ZnO) is a very important wide band gap semiconductor material with a band gap of about 3.37 EV.Due to its exciton binding energy of up to 60 meV at room temperature, it has great application potential in ultraviolet light appliances and so on.Compared with large size nanostructures, ultrasmall nanostructures have become an important research topic in nanoscience and nanotechnology due to their large specific surface area.In recent years, the synthesis of ultrafine nanomaterials, such as Fe3O4 and Fe3O4, has become a hot topic, and some important breakthroughs in these materials have been reported recently.In the field of nanomaterials, one-dimensional nanoscale semiconductors, due to the effects of electrons, photons, sensors, photocatalysis,Energy generation (such as solar cells, field emission devices and other potential applications) has attracted much attention. ZnO is one of the most concerned nanomaterials.In general, ZnO nanowires with diameter less than 10 nm can exhibit magical and unique properties because of their obvious quantum limiting effect.Therefore, the preparation of ultrafine ZnO nanowires and their corresponding physical and chemical properties have attracted the interest of many research groups.Photoluminescence spectroscopy is a very effective way to detect the internal structure of materials without direct contact with and without damaging the materials.Therefore, in this paper, the preparation and optical properties of ultrasmall ZnO nanostructures have been studied in detail, which is still a hot material in the field of nanomaterials.Ultrafine ZnO nanowires were prepared on Cu substrates by chemical vapor deposition (CVD) method. The surface morphology was characterized by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscope (TEM), and photoluminescence (PL) was measured.According to the TEM plan, the diameter of the ZnO nanowires prepared in this paper is 5 nm~8 nm.In this paper, a new way to obtain ultrafine one-dimensional nanostructures without catalyst has been developed by chemical vapor deposition (CVD).The photoluminescence properties of ultrafine ZnO nanowires prepared by 325 nm He-Cd laser have been studied.At room temperature, the peak position of free excitons in PL spectra of ultrafine ZnO nanowires is 40 MEV bluer than that of ZnO powders, which is attributed to the quantum limiting effect of nanowires.The deep level emission peak at room temperature PL spectra of 450 nm ~ 650 nm) is very high, which is due to the internal defects of the material due to the small size.The photoluminescence (PL) results of the synthesized samples at 15 K were compared with those of ZnO nanowires with a diameter of 4.1 nm at the same temperature of 15 K.It is further proved that the quantum limiting effect of nanowires will lead to the blue shift of the free exciton FX peak position, and the smaller the diameter of nanowires is, the more obvious the blue shift effect of FX peak position will be.In order to verify the nature of the peak located at 3.322 EV (marked FX-LOO), the changes of photoluminescence spectra of the samples with the increase of temperature are shown in this paper.The Raman measurements of the samples were also carried out by using the HR800 micro-region Raman system produced by J-Y company in France. The Raman spectra of the laser excited at 488nm show that the small size of the ZnO leads to the frequency shift and asymmetric broadening of the Raman peaks.Compared with other semiconductor or insulator substrates, this ultrafine one-dimensional nanostructure is more suitable for the research and application of ultrafine one-dimensional nanostructures.The microstructure of ZnO will have a profound effect on electronics and optics.
【学位授予单位】:哈尔滨师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN304.21
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 张琦锋;戎懿;陈贤祥;张耿民;张兆祥;薛增泉;陈长琦;吴锦雷;;ZnO纳米线的气相沉积制备及场发射特性[J];半导体学报;2006年07期
2 徐春祥;陈丽媛;朱光平;刘松琴;谷保祥;;基于ZnO纳米线的酪胺酸霉生物传感器研究[J];功能材料信息;2007年05期
3 常鹏;刘肃;陈溶波;唐莹;韩根亮;;ZnO纳米线的低温生长及其发光特性(英文)[J];半导体学报;2007年10期
4 高美玲;程汉;罗昊;;脉冲激光诱导下ZnO纳米线阵列中非平衡载流子的扩散理论[J];西北大学学报(自然科学版);2013年03期
5 李梦婷;张文雪;;解析ZnO纳米线的掺杂及特性研究进展[J];中国高新技术企业;2013年21期
6 陈华宝;徐春祥;;硅衬底上ZnO纳米线的制备及其导电性能(英文)[J];电子器件;2009年04期
7 张秋香;张永胜;白伟;郁可;朱自强;;两步法制备性能优良的ZnO纳米线[J];华东师范大学学报(自然科学版);2007年03期
8 曹东;蒋向东;李大伟;孙继伟;;不同晶种上ZnO纳米线的生长及紫外光电导特性[J];半导体光电;2011年02期
9 王丹丹;杨丽丽;孔翠兰;刘文彦;郎集会;杨景海;;ZnO纳米线的制备及结构表征[J];吉林师范大学学报(自然科学版);2006年01期
10 范新会;于灵敏;严文;朱长纯;;ZnO纳米线在外加电场下的生长及场发射性能[J];华中科技大学学报(自然科学版);2007年10期
相关会议论文 前10条
1 王立晟;章晓中;;PVD法在ZnO(001)薄膜上制备ZnO纳米线阵列[A];2005年全国电子显微学会议论文集[C];2005年
2 王立晟;章晓中;周岳亮;齐俊杰;周国元;;采用PVD方法(无催化剂)在ZnO(001)薄膜上制备整齐排列的ZnO纳米线[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
3 孙明华;张琦锋;孙晖;张文静;沈昕;张俊艳;邓天松;王全;吴锦雷;;ZnO纳米线异质结的构建[A];中国真空学会2006年学术会议论文摘要集[C];2006年
4 程和;李燕;邓宏;王锦春;;ZnO纳米线紫外敏感特性[A];四川省电子学会传感技术第九届学术年会论文集[C];2005年
5 王秀华;常鹏;陈溶波;尹小丽;刘肃;;硫掺杂ZnO纳米线的电化学制备及发光特性[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
6 张立;;短波长纤锌矿ZnO纳米线中激子基态与低激发态及其光学非线性[A];“广东省光学学会2013年学术交流大会”暨“粤港台光学界产学研合作交流大会”会议手册论文集[C];2013年
7 高战军;顾有松;张跃;;高压下ZnO纳米线的结构相变和能带的尺寸效应[A];第七届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2009年
8 吴锦雷;孙晖;张琦锋;;ZnO纳米线的光致激光和电致近紫外发光[A];第八届全国真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集[C];2007年
9 吴锦雷;孙晖;张琦锋;;ZnO纳米线的光致激光和电致近紫外发光[A];真空冶金与表面工程——第八届真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2007年
10 朱德峰;贺庆国;付艳艳;华康毅;曹慧敏;程建功;;ZnO纳米线阵列波导对表层聚合物荧光增强的影响[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
相关博士学位论文 前2条
1 郭亮;ZnO纳米线紫外探测器的制作及其性能的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
2 刘为振;ZnO纳米线异质结紫外光发射器件研究[D];东北师范大学;2013年
相关硕士学位论文 前10条
1 刘辉强;ZnO、InN纳米材料的制备及单根ZnO纳米线太赫兹探测器的研究[D];西南科技大学;2015年
2 马姝哲;Cu衬底上超细ZnO纳米线的制备及其光学性质研究[D];哈尔滨师范大学;2015年
3 丁圣;取向ZnO纳米线阵列的制备及特性研究[D];辽宁师范大学;2007年
4 税婧仪;ZnO纳米线的掺杂与表征[D];西安工业大学;2012年
5 蔡宁宁;ZnO纳米线的电子结构调控及磁性[D];北京邮电大学;2015年
6 宋志明;ZnO纳米线紫外探测器的制作及其性能的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
7 于丛聪;基于一维ZnO纳米线的有机—无机杂化结构生长及特性研究[D];大连理工大学;2013年
8 刘俊林;水热法生长ZnO纳米线及其表面修饰场发射特性研究[D];大连理工大学;2014年
9 李兵;ZnO纳米线肖特基势垒的光电特性和整流特性的研究[D];河南大学;2012年
10 杨青娅;ZnO纳米线肖特基势垒调控及其光电特性研究[D];河南大学;2013年
,本文编号:1744385
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/1744385.html