一維Cu摻雜ZnO納米材料的制備、性能及二次生長研究.pdf

1、一維納米氧化鋅(ZnO)材料由于其獨特的物理與化學性質，在光電器件、自旋電子學以及生物傳感等領域具有重大應用潛力，在納米材料的科學研究中一直廣受關注。本文以采用化學氣相傳輸法(CVT)制備的ZnO以及ZnO：Cu納米線(柱)陣列為基礎，系統(tǒng)的研究了ZnO以及ZnO：Cu納米線陣列的二次生長過程的機理以及其光學、磁學性能，并對Cu摻雜ZnO中磁性的起源做了定性解釋。
　　 本文主要研究內容如下：
　　 1.對比了在不同襯底

2、上生長ZnO納米線陣列的差異。在磁控濺射以及脈沖激光沉積兩種物理方法制備的ZnO緩沖層上，實現(xiàn)了對ZnO納米線陣列尺寸的控制。光致發(fā)光譜測試結果表明在ZnO納米線陣列中存在強烈的表面激子(SX)以及與自由受主相關(FA)的發(fā)射峰，磁學性能測試表明ZnO納米線樣品以及(100)Si片上生長ZnO緩沖層并沒有室溫鐵磁性。
　　 2.在可控制備ZnO納米線陣列的基礎上，我們通過在原料中摻入CuO，制備了取向完好的ZnO：Cu納米柱陣列

3、。變溫光致發(fā)光譜研究表明Cu的摻入以及高溫生長引入了強烈的綠光發(fā)射，ZnO的帶邊發(fā)射受到極大抑制，同時晶體中缺陷密度大大增加。在Cu摻雜樣品中我們觀察到了明顯的室溫鐵磁性，并發(fā)現(xiàn)真空熱退火可以增強Cu摻雜ZnO中的室溫鐵磁性。
　　 3.以ZnO，ZnO：Cu納米線陣列為基礎，我們系統(tǒng)的研究了ZnO以及ZnO：Cu材料的二次生長過程，發(fā)現(xiàn)了較為獨特的島狀形核現(xiàn)象，并結合特征尺寸模型(Rc)對二次生長的機理，半徑變化進行了解釋。變

4、溫光致發(fā)光譜研究表明該樣品同樣存在強烈的綠光發(fā)射以及很弱的帶邊發(fā)射，并且我們觀察位于3.31eV處的發(fā)射峰(A線)以及到位于帶邊(3.24eV)以及綠光發(fā)射區(qū)域(2.48eV)的兩個不同的施主-受主對(DAP)的發(fā)射峰。磁性研究結果表明在該二次生長ZnO：Cu納米線中存在本征室溫鐵磁性，磁性的最主要的來源是基于氧空位(V0)與一價和二價銅離子之間的磁束縛激子模型(BMP)或者不同價態(tài)Cu離子之間的雙交換機制。以制備的ZnO：Cu納米線為