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ZnO是Ⅱ-Ⅵ族半导体化合物,它在常温下的禁带宽度为3.37eV,其激子束缚能为60meV,因而使氧化锌在室温短波长发光方面具有有利条件,在紫外探测器、LED、LD等领域具有重要的应用价值。一维ZnO纳米材料由于表面效应和量子尺寸效应等性质,使其在太阳能、传感器、压电材料等器件方面具有重要的应用。另外,作为半导体材料的Si具有良好的热传导性、较低的电阻率等特点在光电子集成方面有额外的优势。因此,本文将AAO模板转移到P型硅衬底上,并以AAO/Si为辅助模板作为阴极,采用电化学沉积的方法在p型单晶硅上生长一层n型ZnO纳米线,通过制备n型ZnO-p型Si异质结纳米结构,试图实现载流子的电致发光。为探索复合结构新奇的物理和化学特性以及在纳米器件方面潜在的应用前景。
本文以Si基AAO为模板,采用电化学沉积法制备了ZnO/AAO/Si的复合结构。并且研究了电解液浓度、沉积时间、有无六亚甲基四胺对化学沉积体系制备复合结构时的影响。为进一步得到高度有序的ZnO纳米线提供参考,得到的结论如下:
(1)通过对AAO/Si氧化条件的研究得出以较慢的蒸发速率用真空蒸镀的方法在Si上蒸镀一层约1μm厚的Al膜。然后对电解液进行8℃恒温,以0.3M草酸为电解液,40V电压下,利用二次阳极氧化的方法制备高度有序的Si基AAO模板,为制备高度有序的ZnO纳米线打下良好的基础和条件。
(2)以Si基AAO为模板结合电化学沉积的方法制备ZnO/AAO/Si的复合体系。以0.01M Zn(NO3)2·6H2O和0.01M HMT为电解质溶液,在80℃的水浴温度下,-1.5V的恒电位下,制备ZnO纳米线。其SEM图表明ZnO纳米线直径约45nm,长度为600nm。XRD和拉曼光谱表明ZnO纳米线具有六角纤锌矿结构。PL光谱表明ZnO/AAO/Si复合结构在565nm附近有很强的黄绿发射峰。场发射测试结果表明,该结构的ZnO场增强因子β值为2490,场增强因子很高,具有广泛的应用前景。
(3)以AAO/Si为辅助模板,以Zn(NO3)·6H2O浓度和0.01M的HMT为原料,采用电化学沉积的方法在80℃的水浴槽中沉积,研究电解液浓度和沉积时间对ZnO纳米线形成的影响,得出制备ZnO纳米线的最佳反应条件。
(4)在其他沉积条件与上述相同的情况下,研究HMT对沉积体系的影响。通过与无HMT得沉积体系相比,电沉积体系中引入一定量的六次甲基四胺后得到结晶更为完整的ZnO晶体,形成了择优取向更好的ZnO纳米线阵列。