Cu襯底上超細(xì)ZnO納米線的制備及其光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、氧化鋅（ZnO）是現(xiàn)今非常重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，禁帶寬度大約是3.37 eV。由于其在室溫下具有高達(dá)60 meV的激子束縛能，因此其在紫外光電器等方面有很大的應(yīng)用潛力。與大尺寸的納米結(jié)構(gòu)相比，超小納米結(jié)構(gòu)由于具有相當(dāng)大的比表面積，已經(jīng)成為納米科學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)重要的研究課題。近年來(lái)，Ag，Au，ZnS，Si，CdSe和Fe3O4等超細(xì)納米材料的合成已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，關(guān)于這些材料的一些重大突破綜述近期也被報(bào)道。在納米材料研究領(lǐng)域，一

2、維納米級(jí)半導(dǎo)體由于在電子、光子、傳感器、光催化、能量產(chǎn)生（比如太陽(yáng)能電池）、場(chǎng)發(fā)射器件等方面具有潛在的應(yīng)用而備受關(guān)注。ZnO是最受關(guān)注的納米材料之一。通常，直徑小于10 nm的ZnO納米線由于其量子限域效應(yīng)明顯，能展現(xiàn)出神奇和獨(dú)特的性質(zhì)。故而研究超細(xì)ZnO納米線的制備及其相應(yīng)的物理和化學(xué)性質(zhì)也吸引了很多課題小組的興趣。光致發(fā)光光譜是不與材料直接接觸且不損壞材料的探測(cè)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非常有效的途徑。因此本文針對(duì)當(dāng)前納米材料領(lǐng)域仍然比較熱點(diǎn)的

3、材料ZnO進(jìn)行了深入的研究，包括超小尺寸ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備及其光學(xué)性質(zhì)。
　　本文用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法在Cu襯底上制備了超細(xì)的ZnO納米線，利用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)其表面形貌進(jìn)行了表征，并對(duì)其進(jìn)行了光致發(fā)光測(cè)試。由TEM平面圖可知，本文所制備的ZnO納米線的直徑為5 nm~8 nm。本文開辟了一種不用催化劑就能得到超細(xì)一維納米結(jié)構(gòu)的途徑（CVD方法）。
　　本文使用325 nm He

4、-Cd激光器對(duì)所制備的超細(xì)ZnO納米線進(jìn)行了光致發(fā)光性質(zhì)研究。在室溫下，超細(xì)ZnO納米線PL光譜的自由激子峰位比ZnO粉末的藍(lán)移了40 meV，這被歸因于納米線的量子限域效應(yīng)。室溫PL光譜的深能級(jí)發(fā)射峰（450 nm~650 nm）強(qiáng)度很高，這是由于小尺寸所導(dǎo)致的材料內(nèi)部缺陷。通過(guò)將合成樣品在15 K下的光致發(fā)光測(cè)試（PL）結(jié)果與已有文獻(xiàn)中直徑為4.1 nm的ZnO納米線在相同溫度（15 K）下的PL測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，本文進(jìn)一步證實(shí)了

5、：納米線的量子限域效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致自由激子（FX）峰位的藍(lán)移，且納米線的直徑越小，F(xiàn)X峰位的藍(lán)移效果越明顯。為了驗(yàn)證中心位于3.322 eV(標(biāo)志為FX-LO)的峰位的本質(zhì)，文中展示了隨著溫度升高，樣品光致發(fā)光光譜的變化情況。本文還利用法國(guó)J-Y公司生產(chǎn)的HR800微區(qū)拉曼系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行了拉曼測(cè)試，其激發(fā)光源488 nm的氬離子激光器，所測(cè)拉曼光譜表明ZnO的小尺寸會(huì)導(dǎo)致拉曼峰的頻移和非對(duì)稱加寬。由于這種超細(xì)一維納米結(jié)構(gòu)是在Cu襯底上制備的，