富氧处理ZnO纳米棒的缺陷调控及质子辐照稳定性

发布时间：2017-09-06 17:15

  本文关键词：富氧处理ZnO纳米棒的缺陷调控及质子辐照稳定性

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【摘要】：氧化锌的广泛用途源于其表现出的多功能性质,其性质又多决定于其内部的组织构成和结构变化,对其内部本征缺陷的理解就显得尤为重要。一般情况下制得的都为n型氧化锌,由于晶体内部的自补偿效应的存在,p型氧化锌很难制备出来,许多研究工作者都采用掺杂的方法来获得p型氧化锌,但其质量仍不理想,这大多是与没有弄清其内部本征缺陷的相关机制导致的。本文目的即想通过探索得到一种制备纯净氧化锌纳米棒的试验方法,并且在富氧的环境下对其进行缺陷调控,研究氧化锌的本征缺陷变化,还对这种变化的质子辐照稳定性进行了探究,主要内容如下:首先,本文即采用对比实验,对影响试验的主要因素加热速度和加热温度进行探讨,通过扫描电镜的形貌观察对比,最终确定了化学分解气相沉积法制备氧化锌纳米棒的方法,马弗炉10V电压下,将醋酸锌加热至300℃,保温150min,炉冷至室温取出样品,其长径比和形貌符合实验要求且纯度较高。接着,对氧化锌纳米棒内部的缺陷进行调控,采用双氧水处理和不同温度下氧气氛围退火两种富氧处理的方法,使氧化锌纳米棒由n型氧化锌向p型氧化锌的转变,并设计完整的分析测试方案,表征其内部结构和本征缺陷的变化,以此来探究转变过程中的本质变化。证明了富氧处理可以使氧化锌纳米棒内部氧空位缺陷减少,并出现锌空位,由施主缺陷状态向受主缺陷状态转变。最后,为了测试富氧处理后氧化锌的辐照稳定性,还设计了质子辐照实验,并精心选取晶粒尺寸不同的氧化锌以及Li元素掺杂的氧化锌来作为比较,以探索不同方法得到的p型氧化锌之间的差异。证明了本实验制得的氧化锌纳米棒光学性能表现一般,但抗辐照能力强,辐照前后光学性能基本不下降。而晶粒更小的商业购买的90nm氧化锌,其光学性能强于氧化锌纳米棒,弱于800℃氧气氛围退火和Li元素掺杂的氧化锌,150℃对90nm氧化锌的抗辐照性能作用有限;并且证明了辐照后氧空位缺陷数量的增加。
【关键词】：氧化锌纳米棒 富氧处理 氧气退火 质子辐照 p型半导体
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O614.241;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 纳米ZnO的相关性能研究11-13
• 1.2.1 光学性能11-12
• 1.2.2 电学性能12
• 1.2.3 铁磁性能12
• 1.2.4 其他性能研究12-13
• 1.3 纳米ZnO制备方法的研究现状及分析13-16
• 1.3.1 物理法13-14
• 1.3.2 气相法14
• 1.3.3 化学液相法14-15
• 1.3.4 化学固相法15-16
• 1.4 ZnO缺陷理论的研究现状及分析16-18
• 1.5 研究的目的及内容18-20
• 第2章 试验材料与试验方法20-27
• 2.1 ZnO的制备方法20
• 2.2 试验材料与设备20-21
• 2.3 分析表征及性能测试方法21-27
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）表面形貌分析21
• 2.3.2 X射线衍射（XRD）物相结构分析21-22
• 2.3.3 透射电子显微镜（TEM）分析22
• 2.3.4 X射线光电子能谱（XPS）分析22
• 2.3.5 磁化曲线（M-H）分析22-23
• 2.3.6 电子顺磁共振（EPR）分析23-24
• 2.3.7 光致发光光谱（PL）分析24-25
• 2.3.8 光谱反射率测试25
• 2.3.9 拉曼光谱分析25-26
• 2.3.10 质子辐照实验26-27
• 第3章 ZnO纳米棒的富氧处理及其特性表征27-48
• 3.1 ZnO纳米棒的制备及工艺参数优化27-30
• 3.1.1 加热速度对形貌影响的规律27-29
• 3.1.2 加热温度对形貌影响的规律29-30
• 3.1.3 保温时间对形貌的影响30
• 3.2 双氧水处理30-39
• 3.2.1 ZnO纳米棒双氧水处理过程30-31
• 3.2.2 双氧水处理后的表面形貌变化31-32
• 3.2.3 X射线衍射谱（XRD）分析32-33
• 3.2.4 X射线光电子能谱（XPS）分析33-34
• 3.2.5 光谱反射率分析34-35
• 3.2.6 拉曼光谱测试35-36
• 3.2.7 低温电子自旋共振波谱（EPR）测试36-37
• 3.2.8 磁滞曲线测试37-39
• 3.3 氧气氛围退火处理39-46
• 3.3.1 ZnO纳米棒氧气退火处理过程39
• 3.3.2 氧气退火处理后的形貌变化39-40
• 3.3.3 氧气退火对ZnO纳米棒晶体结构的影响40-41
• 3.3.4 氧气退火对ZnO纳米棒原子结合能的影响41-42
• 3.3.5 氧气退火对ZnO纳米棒光谱反射率的影响42
• 3.3.6 氧气退火对ZnO纳米棒拉曼光谱的影响42-44
• 3.3.7 氧气退火对ZnO纳米棒荧光光谱的影响44-45
• 3.3.8 氧气退火对ZnO纳米棒电子自旋共振波谱的影响45-46
• 3.4 本章结论46-48
• 第4章 富氧处理ZnO纳米棒的质子辐照稳定性研究48-53
• 4.1 质子辐照参数及样品48-49
• 4.2 辐照前后光谱反射率分析49-51
• 4.3 拉曼散射光谱分析51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-59
• 致谢59

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本文编号：804401