微波辅助水热法制备ZnO材料结构与性质的研究
发布时间：2021-06-11 17:14
氧化锌具有成本低廉、制备方法简单,结构多样等特点,在涂层颜料,太阳能电池、发光二极管和激光器、紫外探测器等诸多领域都有广阔的应用前景。但是由于氧化锌自身结构存在的缺陷,不同的制备方法的产物的结构也大不同,使其在光电器件应用方面有一定的局限性。本论文主要利用微波辅助水热合成法从氧化锌的生长环境变化和后处理条件入手,研究氧化锌形貌的改变以及发光特性的变化。具体内容如下:（1）生长温度对ZnO性质的影响。由XRD和SEM测试结果表明,ZnO为六方纤锌矿结构。随着生长温度的升高,ZnO有杂质峰出现,晶体的晶粒尺寸减小,晶体的结晶度在变差。95℃时,ZnO的形貌为均匀的棒状,XRD结果中无杂质峰出现。PL光谱显示,温度会影响ZnO晶体的缺陷浓度,缺陷浓度随生长温度的升高而增加,这导致可见光发光峰呈增高趋势。对95℃生长条件下得到的的ZnO进行了变功率ZnO PL发光特性研究。随着激发光功率的增加,ZnO带边发光峰峰位向长波长方向发生了移动,并且缺陷发光峰的发光强度在减弱。（2）退火温度对ZnO性质的影响。对155℃生长的ZnO样品在空气中进行退火处理。利用XRD和SEM手段测量的结果显示,退火的...
【文章来源】：烟台大学山东省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体材料的分类
1绪论2其中元素半导体由于挥发快、熔点高、晶体稳定性差等原因，目前只有硅、锗、硒具有作为半导体材料的应用价值。第三代半导体材料GaN对工艺和制作设备要求比较高，生长温度一般在1000℃以上，通常以蓝宝石为衬底生长并且镓（Ga）元素化合物价格较高，这些不足使得GaN的广泛应用受到限制。氧化锌（Zincoxide，ZnO）具有许多与GaN相似的特点，ZnO成为了继GaN之后的半导体材料方面的新星。ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物，具有六方纤锌矿结构，室温下其激子束缚能达到60meV（室温下热能kBT=25meV）,禁带宽度为3.37eV。高的激子束缚能有利于实现高的激子发射，在短波长发光二极管（lightemittingdiode，LED)和短波长激光器方面有较大的应用前景。ZnO与GaN相比：ZnO具有高的激子束缚能，是GaN的2.5倍；ZnO的制备成本低，价格低廉；ZnO的含量丰富且抗辐射能力更强；ZnO的制备工艺更易于操作。但是，由于ZnO是n型本征半导体其P型掺杂很难实现。ZnO是宽禁带半导体，宽禁带半导体的许多优点可以应用在不同的领域[3]，如图1.2所示。图1.2宽禁带半导体的应用领域
1绪论4层为（001）面，ZnO具有沿c轴生长的优势，使得ZnO具有低的介电常数[5-6]。图1.3是ZnO晶体的三种结构。（a）岩盐矿结构（b）闪锌矿结构（c）纤锌矿结构图1.3ZnO晶体结构图1.2.2ZnO的能带理论根据图1.4所示，导带最高能级由Zn4p轨道组成，最低能级由Zn4s轨道组成；价带最低能级（-20eV）由O2s轨道组成，较高能级价带由O2p和Zn4s、Zn4p轨道混合组成[1]。缺陷或其他能级可能是由晶体内部导带能级和价带能级互相作用形成的能级。ZnO室温下的禁带宽度为3.37eV，禁带宽度与温度有关，禁带宽度Eg与温度T之间的关系公式为：EgEgt t t9 t(1.1)通过对ZnO的禁带宽度进行调节，可以将ZnO的半导体器件发光区域由深紫到可见光区域，所以ZnO的能带理论为ZnO在短波长发光二极管发面提供了有力的理论基础[3]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZnO薄膜微观形貌对腐败希瓦氏菌生物被膜形成的影响[J]. 代悦,魏旭青,孙彤,李秋莹,段长平,励建荣,郁晓君,丁浩宸. 中国食品学报. 2019(11)
[2]ZnO薄膜中与Zn原子缺陷相关的发光特性研究[J]. 陈海霞,丁继军. 功能材料. 2019(09)
[3]贵金属负载的棒状ZnO复合光催化剂的制备及其提升的光催化性能[J]. 陈阳,杨晓燕,张鹏,刘道胜,桂建舟,彭海龙,刘丹. 物理化学学报. 2017(10)
[4]不同形貌氧化锌的微波水热法制备及其光催化性能[J]. 王松,李阳,李飞,程晓红. 应用化学. 2017(02)
[5]ZnO中氧空位缺陷形成能的第一性原理研究[J]. 林传金,朱梓忠. 厦门大学学报(自然科学版). 2017(04)
[6]ZnO晶体Al杂质与Zn间隙共存的复合缺陷研究[J]. 曾体贤,胡永琴,杨辉,王茂州,张敏,樊龙,吴卫东. 人工晶体学报. 2016(06)
[7]ZnO可见区发光机理研究进展[J]. 王纪宏,徐长山,薛向欣,赵冰. 光谱学与光谱分析. 2014(12)
[8]氧空位浓度对ZnO电子结构和吸收光谱影响的研究[J]. 侯清玉,郭少强,赵春旺. 物理学报. 2014(14)
[9]有序ZnO纳米阵列的制备及其光学特性[J]. 张锐,朱亚彬,毕玉,廖陆峰. 光学学报. 2014(06)
[10]外加磁场对射频磁控溅射制备铝掺杂氧化锌薄膜影响的研究[J]. 陈明,周细应,毛秀娟,邵佳佳,杨国良. 物理学报. 2014(09)
博士论文
[1]氧化锌微米柱阵列的缺陷及发光性质研究[D]. 丁茜.浙江大学 2017
[2]ZnO纳米结构材料的可控合成、掺杂及性能调控研究[D]. 杨叶锋.浙江大学 2011
硕士论文
[1]表面活性剂复配双微乳液法制备8YSZ电解质纳米粉体及其表征[D]. 李雪飞.内蒙古科技大学 2019
[2]CVD法制备Pt改性铝化物涂层工艺及性能研究[D]. 张磊.机械科学研究总院 2019
[3]二硫化钼薄膜生长调控及光电性质测量[D]. 肖旭凌.湘潭大学 2019
[4]基于水热法ZnO纳米线生长机制的研究[D]. 刘和龙.北京邮电大学 2019
[5]磁控共溅射制备Cu掺杂ZnO薄膜的微结构、表面形貌和光电特性的研究[D]. 刘永.北京理工大学 2015
[6]单晶ZnO中杂质与缺陷的发光光谱研究[D]. 李水丽.浙江大学 2013
[7]水热法制备过渡金属掺杂ZnO及其光学性质研究[D]. 刘明.西北大学 2011
[8]水热法制备形貌可控的氧化锌纳米结构阵列的研究[D]. 李宏宇.中国地质大学（北京） 2011
[9]ZnO纳米棒的光致发光和光响应特性研究[D]. 杨倩.浙江大学 2011
本文编号：3224951
【文章来源】：烟台大学山东省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体材料的分类
1绪论2其中元素半导体由于挥发快、熔点高、晶体稳定性差等原因，目前只有硅、锗、硒具有作为半导体材料的应用价值。第三代半导体材料GaN对工艺和制作设备要求比较高，生长温度一般在1000℃以上，通常以蓝宝石为衬底生长并且镓（Ga）元素化合物价格较高，这些不足使得GaN的广泛应用受到限制。氧化锌（Zincoxide，ZnO）具有许多与GaN相似的特点，ZnO成为了继GaN之后的半导体材料方面的新星。ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物，具有六方纤锌矿结构，室温下其激子束缚能达到60meV（室温下热能kBT=25meV）,禁带宽度为3.37eV。高的激子束缚能有利于实现高的激子发射，在短波长发光二极管（lightemittingdiode，LED)和短波长激光器方面有较大的应用前景。ZnO与GaN相比：ZnO具有高的激子束缚能，是GaN的2.5倍；ZnO的制备成本低，价格低廉；ZnO的含量丰富且抗辐射能力更强；ZnO的制备工艺更易于操作。但是，由于ZnO是n型本征半导体其P型掺杂很难实现。ZnO是宽禁带半导体，宽禁带半导体的许多优点可以应用在不同的领域[3]，如图1.2所示。图1.2宽禁带半导体的应用领域
1绪论4层为（001）面，ZnO具有沿c轴生长的优势，使得ZnO具有低的介电常数[5-6]。图1.3是ZnO晶体的三种结构。（a）岩盐矿结构（b）闪锌矿结构（c）纤锌矿结构图1.3ZnO晶体结构图1.2.2ZnO的能带理论根据图1.4所示，导带最高能级由Zn4p轨道组成，最低能级由Zn4s轨道组成；价带最低能级（-20eV）由O2s轨道组成，较高能级价带由O2p和Zn4s、Zn4p轨道混合组成[1]。缺陷或其他能级可能是由晶体内部导带能级和价带能级互相作用形成的能级。ZnO室温下的禁带宽度为3.37eV，禁带宽度与温度有关，禁带宽度Eg与温度T之间的关系公式为：EgEgt t t9 t(1.1)通过对ZnO的禁带宽度进行调节，可以将ZnO的半导体器件发光区域由深紫到可见光区域，所以ZnO的能带理论为ZnO在短波长发光二极管发面提供了有力的理论基础[3]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZnO薄膜微观形貌对腐败希瓦氏菌生物被膜形成的影响[J]. 代悦,魏旭青,孙彤,李秋莹,段长平,励建荣,郁晓君,丁浩宸. 中国食品学报. 2019(11)
[2]ZnO薄膜中与Zn原子缺陷相关的发光特性研究[J]. 陈海霞,丁继军. 功能材料. 2019(09)
[3]贵金属负载的棒状ZnO复合光催化剂的制备及其提升的光催化性能[J]. 陈阳,杨晓燕,张鹏,刘道胜,桂建舟,彭海龙,刘丹. 物理化学学报. 2017(10)
[4]不同形貌氧化锌的微波水热法制备及其光催化性能[J]. 王松,李阳,李飞,程晓红. 应用化学. 2017(02)
[5]ZnO中氧空位缺陷形成能的第一性原理研究[J]. 林传金,朱梓忠. 厦门大学学报(自然科学版). 2017(04)
[6]ZnO晶体Al杂质与Zn间隙共存的复合缺陷研究[J]. 曾体贤,胡永琴,杨辉,王茂州,张敏,樊龙,吴卫东. 人工晶体学报. 2016(06)
[7]ZnO可见区发光机理研究进展[J]. 王纪宏,徐长山,薛向欣,赵冰. 光谱学与光谱分析. 2014(12)
[8]氧空位浓度对ZnO电子结构和吸收光谱影响的研究[J]. 侯清玉,郭少强,赵春旺. 物理学报. 2014(14)
[9]有序ZnO纳米阵列的制备及其光学特性[J]. 张锐,朱亚彬,毕玉,廖陆峰. 光学学报. 2014(06)
[10]外加磁场对射频磁控溅射制备铝掺杂氧化锌薄膜影响的研究[J]. 陈明,周细应,毛秀娟,邵佳佳,杨国良. 物理学报. 2014(09)
博士论文
[1]氧化锌微米柱阵列的缺陷及发光性质研究[D]. 丁茜.浙江大学 2017
[2]ZnO纳米结构材料的可控合成、掺杂及性能调控研究[D]. 杨叶锋.浙江大学 2011
硕士论文
[1]表面活性剂复配双微乳液法制备8YSZ电解质纳米粉体及其表征[D]. 李雪飞.内蒙古科技大学 2019
[2]CVD法制备Pt改性铝化物涂层工艺及性能研究[D]. 张磊.机械科学研究总院 2019
[3]二硫化钼薄膜生长调控及光电性质测量[D]. 肖旭凌.湘潭大学 2019
[4]基于水热法ZnO纳米线生长机制的研究[D]. 刘和龙.北京邮电大学 2019
[5]磁控共溅射制备Cu掺杂ZnO薄膜的微结构、表面形貌和光电特性的研究[D]. 刘永.北京理工大学 2015
[6]单晶ZnO中杂质与缺陷的发光光谱研究[D]. 李水丽.浙江大学 2013
[7]水热法制备过渡金属掺杂ZnO及其光学性质研究[D]. 刘明.西北大学 2011
[8]水热法制备形貌可控的氧化锌纳米结构阵列的研究[D]. 李宏宇.中国地质大学（北京） 2011
[9]ZnO纳米棒的光致发光和光响应特性研究[D]. 杨倩.浙江大学 2011
本文编号：3224951
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