本征富受主型氧化锌单晶微米管的制备方法及光电性能研究
发布时间：2021-11-01 18:33
作为第三代半导体材料的典型代表,ZnO呈现本征n型导电,其高质量的n型掺杂很容易实现,但其稳定、高效、可重复的p型掺杂却异常困难,这严重阻碍了ZnO材料在光电领域的大规模应用。制备可靠p型ZnO的关键是解决受主态的稳定性问题。围绕这一核心问题。本文提出并研究了一种生长稳定、可重复、高质量、本征富受主型ZnO（Acceptor-rich ZnO,A-ZnO）单晶微米管的方法,在此基础上,研究该种微米管的生长机理和光电特性,并进一步探索其相关应用。首先,依托光学浮区炉系统,提出光学气化过饱和析出法（Optical vapour supersaturated precipitation,OVSP）制备A-ZnO单晶微米管。研究了OVSP法生长A-ZnO单晶微米管的生长机理,发现其遵循Zn蒸汽过饱和析出生成微米棒随后轴向光热分解形成微米管的生长机理,其中均匀温度场和富氧气氛是OVSP法生长A-ZnO微米管的必要条件,也是保证所生长样品富含受主的关键因素。通过数值模拟与实验验证相结合的方法,研究了主要生长参数（加热功率、生长平台、灯丝几何形状）对生长过程中光学温度场分布的影响。结果表明:65%（...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
ZnO晶体结构示意图：（a）立方岩盐矿结构，（b）立方闪锌矿结构,（c）六方纤锌矿结构
图 1-2 晶体场和自旋轨道耦合作用导致的 ZnO 能带劈裂结构示意图[18]Fig. 1-2 Schematic energy-level diagram of spin-orbit splitting and crystal-field splitting in ZnO关于 ZnO 能带结构的争议主要围绕三个子价带的能级顺序上，1960 年Thomas 和 Hopfield 等人通过研究 ZnO 反射谱的偏振依赖特性，提出了 ZnO 三个子价带的能级顺序为 Γ7[A]>Γ9[B]>Γ7[C][19,20]。但是 1966 年，Park 等人通过研究 ZnO 的吸收和反射光谱认为 ZnO 三个子价带的能级顺序为 Γ9[A]>Γ7[B]>Γ7[C[21]。1999-2005 年， Reynolds、Chichibu、Adachi 等人分别对 ZnO 子价带的能级顺序进行了进一步的实验和理论研究，他们发现 ZnO 同其它 II-VI 族化合物族结构以及 GaN 相同，均为符合 Γ9[A]>Γ7[B]>Γ7[C]排序[22-24]。然而在 2002 年，Lambrecht 等人通过密度泛函理论对 ZnO 的能带结构研究发现，ZnO 的价带顶是阴离子轨道能级和阳离子轨道能级的反键组合，价带重整后应为 Thomas 所提出的 Γ7[A]>Γ9[B]>Γ7[C]能级顺序，随后这一结论得到了磁光激子精细结构研究的实验验证，目前该观点也被大多数研究人员所认同[25-27]。根据 B. K. Meyer 等人的理论计算，（A）（B）能级间的能量差为 4.9meV，而（B）（C）能级间的能量
第 1 章 绪论然后以惰性气体为载气，将锌蒸气引入含氧气体中，使 Zn 原子和 O2以气相方式接触，从而实现 ZnO 微米管的生长。东南大学徐春祥教授课题组以质量比为 1：1 的 ZnO 粉末和石墨粉为原料，在 1150 ℃下保温 40 分钟，在 Si 衬底上成功制备出了 ZnO 微米管，如图 1-3（a）所示[57]。Du 等人同样以 ZnO 粉末和石墨粉为原料，以氩气和氧气的混合气体为载体，在 1000℃条件下保温 40 分钟，在碳纤维上制备了 ZnO 纳米线阵列，然后通过氧化碳纤维的方式获得 ZnO 微米管，如图 1-3（b）所示[58]。Lee 等人以 ZnO 粉末和 Zn 粉为原料，在 950℃下保温 1小时，以氩气为载体，在 Al2O3衬底上得到了 ZnO 微米管，如图 1-3 (c) 和 (d)所示[59]。该方法是目前较为普遍的方法，但所需反应温度较高，需要消耗大量气体，因此成本较高。此外，该方法所得到的微米管表面形貌上相对较差。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化锌基材料、异质结构及光电器件[J]. 申德振,梅增霞,梁会力,杜小龙,叶建东,顾书林,吴玉喜,徐春祥,朱刚毅,戴俊,陈明明,季旭,汤子康,单崇新,张宝林,杜国同,张振中. 发光学报. 2014(01)
[2]氮等离子体辅助脉冲激光沉积生长p型ZnO∶N薄膜的光学和电学性质（英文）[J]. 王雷,徐海阳,李兴华,刘益春. 发光学报. 2011(10)
[3]纳米ZnO的制备、改性及光催化研究进展[J]. 邹彩琼,贾漫珂,曹婷婷,罗光富,黄应平. 内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版). 2011(05)
[4]体块氧化锌单晶生长的研究进展[J]. 张素芳,姚淑华,王继扬,宋伟. 硅酸盐学报. 2009(02)
[5]微管ZnO可控生长的研究[J]. 杨丽萍,李燕,邓宏. 人工晶体学报. 2006(04)
[6]MOCVD法制备ZnO同质发光二极管[J]. 叶志镇,徐伟中,曾昱嘉,江柳,赵炳辉,朱丽萍,吕建国,黄靖云,汪雷,李先杭. 半导体学报. 2005(11)
[7]半导体微结构物理效应及其应用讲座 第三讲 半导体的激子效应及其在光电子器件中的应用[J]. 江德生. 物理. 2005(07)
硕士论文
[1]微波加热合成ZnO晶须的研究[D]. 王智东.武汉理工大学 2005
本文编号：3470596
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
ZnO晶体结构示意图：（a）立方岩盐矿结构，（b）立方闪锌矿结构,（c）六方纤锌矿结构
图 1-2 晶体场和自旋轨道耦合作用导致的 ZnO 能带劈裂结构示意图[18]Fig. 1-2 Schematic energy-level diagram of spin-orbit splitting and crystal-field splitting in ZnO关于 ZnO 能带结构的争议主要围绕三个子价带的能级顺序上，1960 年Thomas 和 Hopfield 等人通过研究 ZnO 反射谱的偏振依赖特性，提出了 ZnO 三个子价带的能级顺序为 Γ7[A]>Γ9[B]>Γ7[C][19,20]。但是 1966 年，Park 等人通过研究 ZnO 的吸收和反射光谱认为 ZnO 三个子价带的能级顺序为 Γ9[A]>Γ7[B]>Γ7[C[21]。1999-2005 年， Reynolds、Chichibu、Adachi 等人分别对 ZnO 子价带的能级顺序进行了进一步的实验和理论研究，他们发现 ZnO 同其它 II-VI 族化合物族结构以及 GaN 相同，均为符合 Γ9[A]>Γ7[B]>Γ7[C]排序[22-24]。然而在 2002 年，Lambrecht 等人通过密度泛函理论对 ZnO 的能带结构研究发现，ZnO 的价带顶是阴离子轨道能级和阳离子轨道能级的反键组合，价带重整后应为 Thomas 所提出的 Γ7[A]>Γ9[B]>Γ7[C]能级顺序，随后这一结论得到了磁光激子精细结构研究的实验验证，目前该观点也被大多数研究人员所认同[25-27]。根据 B. K. Meyer 等人的理论计算，（A）（B）能级间的能量差为 4.9meV，而（B）（C）能级间的能量
第 1 章 绪论然后以惰性气体为载气，将锌蒸气引入含氧气体中，使 Zn 原子和 O2以气相方式接触，从而实现 ZnO 微米管的生长。东南大学徐春祥教授课题组以质量比为 1：1 的 ZnO 粉末和石墨粉为原料，在 1150 ℃下保温 40 分钟，在 Si 衬底上成功制备出了 ZnO 微米管，如图 1-3（a）所示[57]。Du 等人同样以 ZnO 粉末和石墨粉为原料，以氩气和氧气的混合气体为载体，在 1000℃条件下保温 40 分钟，在碳纤维上制备了 ZnO 纳米线阵列，然后通过氧化碳纤维的方式获得 ZnO 微米管，如图 1-3（b）所示[58]。Lee 等人以 ZnO 粉末和 Zn 粉为原料，在 950℃下保温 1小时，以氩气为载体，在 Al2O3衬底上得到了 ZnO 微米管，如图 1-3 (c) 和 (d)所示[59]。该方法是目前较为普遍的方法，但所需反应温度较高，需要消耗大量气体，因此成本较高。此外，该方法所得到的微米管表面形貌上相对较差。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化锌基材料、异质结构及光电器件[J]. 申德振,梅增霞,梁会力,杜小龙,叶建东,顾书林,吴玉喜,徐春祥,朱刚毅,戴俊,陈明明,季旭,汤子康,单崇新,张宝林,杜国同,张振中. 发光学报. 2014(01)
[2]氮等离子体辅助脉冲激光沉积生长p型ZnO∶N薄膜的光学和电学性质（英文）[J]. 王雷,徐海阳,李兴华,刘益春. 发光学报. 2011(10)
[3]纳米ZnO的制备、改性及光催化研究进展[J]. 邹彩琼,贾漫珂,曹婷婷,罗光富,黄应平. 内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版). 2011(05)
[4]体块氧化锌单晶生长的研究进展[J]. 张素芳,姚淑华,王继扬,宋伟. 硅酸盐学报. 2009(02)
[5]微管ZnO可控生长的研究[J]. 杨丽萍,李燕,邓宏. 人工晶体学报. 2006(04)
[6]MOCVD法制备ZnO同质发光二极管[J]. 叶志镇,徐伟中,曾昱嘉,江柳,赵炳辉,朱丽萍,吕建国,黄靖云,汪雷,李先杭. 半导体学报. 2005(11)
[7]半导体微结构物理效应及其应用讲座 第三讲 半导体的激子效应及其在光电子器件中的应用[J]. 江德生. 物理. 2005(07)
硕士论文
[1]微波加热合成ZnO晶须的研究[D]. 王智东.武汉理工大学 2005
本文编号：3470596
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3470596.html
