pld制备zno薄膜及非晶纳米棒的结构和性质的研究.pfg.pdf

PLD制备Zn0薄膜及非晶纳米棒的结构与性质研究摘要氧化锌(Zn0)是一种宽禁带直接带隙()I I-VI族化合物半导体, 激子结合能较大(60 meV),为六方纤锌矿结构。Zn0薄膜具有良好的透明导电性、压电性、光电性、气敏性和压敏性,且易于与多种半导体材料实现集成化。由于这些优异的性质,使其具有广泛的应用和诸多潜在用途,如声表面波器件、平面光波导、透明电极、紫外光探测器、压电器件、压敏器件、紫外发光器件和气敏传感器等。近年来,对其研究和开发在国内外科学界及工业部门引起了极大的关注和兴趣。利用光谱椭偏仪,系统研究了用脉冲激光沉积(PLD)方法在Si(100)基片上,温度分别为400℃,500℃,600℃和700℃制备的ZnO薄膜的光学特性。利用三层Cauchy散射模型拟合椭偏参数,计算了不同温度下制备的Zn0薄膜在 400—800nm波长范围内的折射率(n)和消光系数(k),发现基片温度对薄膜光学特性有很大的影响。结合X射线衍射(XRD)的结构表征及原子力显微镜(AFM) 的形貌表征,发现折射率的变化主要归因于薄膜堆积密度的改变。研究表明, 600℃是最佳的沉积温度,此温度下制备的ZnO薄膜具有较好的光学和薄膜质量。此外,本文还研究了脉冲激光沉积制备的ZnO/ZnS复合薄膜,发现薄膜在室温大气中放置一段时间后表面自发生成大量一维纳米棒。高分辨透射电镜(HRTEM)的测试表明此一维纳米结构为非晶ZnO纳米棒,通过结合XRD和电子显微镜(SEM)的表征对这种自发纳米结构生长现象做了初步的分析,提出了可能的生长机制。我们还究了非晶ZnO纳米棒的光致发光特性,发现在 410nm处有一新的较强紫光发射峰。针对非晶态ZnO纳米棒的研究,一方面可以加深我们对非晶半导体一维纳米结构合成机理的理解,另一方面可以发掘其与晶态材料不一样的性质,带来新的应用机会,因此具有重要的理论和应用价值。关键词: 氧化锌;脉冲激光沉积;X射线衍射;原子力显微镜:扫描电子显微镜;椭圆偏振光谱仪;非晶氧化锌。 Structures and properties of theZnO thinfilms and amorphous nanorods prepared by pulsed laser deposition Abstract ZnO is aII—pound semiconductor with awide direct band gap atroom temperature,a large exciton binding energy of60meV,and a hexagonal wurtzite to itsexcellent physical and chemical properties and the ability to integrate with other semiconductor materials,ZnO have many realized and potential applications such as surface acoustic wave devices,planar optical waveguides,transparent electrodes,ultraviolet photodetectors,piezoelectric devices,varistors,gas sensors,UV/violet/blue·LEDs(1ight emitting diodes)and -LDs(1aser diodes), recent years,the studies and developments ofZnO films and naostructures have attracted great attention and interest from the researchers and theindustries. Spectroscopic ellipsmotry(SE)was employed to characterize ZnO thin films prepared by pulsed laser deposition(PLD)on Si(1oo)substrates at various temperature of400*(2,500℃,600℃and 700℃.The refractive indices(n)and extinction coefficients(k)of the ZnO filmswere calculated inthe spectral range of 400^V8 00nm ateach de