微波加热合成ZnO晶须的研究

作     者：王智东 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周建

授予年度：2005年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：ZnO晶须 形貌 微波 工艺 生长机理 

摘      要：ZnO是直接宽带隙半导体材料,室温下的禁带宽度为3.37eV,激子束缚能(约60eV)对应紫外光的波长,由于可实现可见、紫外荧光和激发发射,所以是制备短波长发光二极管和激光器的新型材料。因此,ZnO材料低维形貌的制备和应用成为当前光电材料的一个重要的研究方向。 本文全面概述了ZnO低维材料的性质、特点、制备方法以及发展现状,特别是对ZnO晶须的研究现状及应用作了全面的介绍。实验证明微波固相加热法能有效控制材料显微结构,合成了不同形貌的ZnO晶须:多针状、一维六方柱状、六方微米管,从原料配制、温度、合成时间等方面,经过大量的对比实验得到了微波电场下合成ZnO各种形貌晶须的制备工艺。其中,以微米氧化锌与碳氢化合物的混合粉末为原料,在1030℃控制气相分压、合成时间为15min的工艺条件下,合成多针状的ZnO晶须;以纳米、微米氧化锌混合粉末为原料,在1200℃、合成时间为30min的工艺条件下,合成一维ZnO六方柱状晶须,在1350℃、合成时间为30min的工艺条件下,合成ZnO六方微米管。 根据微波电场加热的特点与氧化锌晶体的极性生长特性,初步研究了不同形貌的ZnO晶须的生长过程,研究表明,晶须的生长机理为固—气生长:高温区的氧化锌粉末蒸发成为ZnO气体,在低温区Zn蒸气和O重新结合发生化学反应形成固相ZnO沉积在气—固界面形核长大,在不同的工艺条件下合成形貌不同的晶须(针状、柱状);当温度足够高时,氧空位集中点变成“蒸发源,形成微米管。 利用室温时光致发光谱研究得到晶须的光电性能,结果表明晶须具有一定的紫外发光性能,同时晶须中出现氧空位等缺陷。