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ZnO超长微米线的制备及光学性质的研究

马金雪

  作为新一代宽禁带半导体,ZnO被认为是最具功能性的材料之一。在室温下ZnO的禁带宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV,是制备下一代紫外光发光二极管(LED)和激光器的最佳候选材料之一。同时ZnO具有许多其它优异的特性,比如化学和热学稳定性、压电和生物适应性等,使其在压电传感器、表面声波器件、生物化学器件和生物医学器件等诸多领域有着重要而广泛的应用。由于ZnO微米/纳米线的特殊六角结构可以作为共振腔,于是基于ZnO微米/纳米线受激辐射现象的研究成为了热点之一。 本文利用简单新颖的上游生长模式化学气相沉积方法在小石英管(SQT)端口处制备得到ZnO微米“森林”和超长ZnO微米线结构,在下游衬底上得到ZnO薄膜。由扫描电镜(SEM)图像可以看出所制备的ZnO微米线晶体结构完美,并具有超长生长可控性,为受激辐射研究打下了基础。 应用VS生长机制和回流效应对上下游ZnO微纳结构的形成进行了分析,从气流和温度两个方面分析了ZnO微米线和微米“森林”的产生机理。SQT的小尺寸使气体不能顺利越过反应源到达下游区,而产生回流现象,一组对比实验证明了回流效应的存在。石英与ZnO大的晶格失配导致了ZnO微米线的形成,ZnO微米“森林”是以ZnO微米线为“树干”,逐步生长出“树枝”、“树叶”的。 分别对生长在上游和下游的ZnO结构进行了PL测试。生长在衬底上的ZnO薄膜只有可见光区发光峰,而生长在SQT端口的具有线状结构的ZnO还具有紫外光区发光峰,并且结构越好紫外发光峰越强。对单根ZnO微米线的光学性质进行了研究,实验结果显示,随着微米线尺寸的减小,紫外发光峰的波长减小,向蓝紫光方向移动,发生了蓝移。使用He-Cd(λ=325 nm)激光器作为激发光源,对单根ZnO微米线的受激辐射情况进行了初步研究,在可见光区发现了共振现象,说明本实验制备的ZnO微米线在结构上可以作为WGM共振模式的载体。其紫外光区的受激辐射特性还有待进一步研究。……   
[关键词]:化学气相沉积;上游生长模式;ZnO微米线;光学特性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2011年