不同形貌zno納米材料的可控制備與生長機理分析

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1、青島科技大學(xué)研究生專業(yè)碩士學(xué)位論文參考文獻(xiàn)?????????????????????????????????．54致謝???????????????????????????????????．．59攻讀碩士學(xué)位期間主要成績???????????????????????．60聲明???????????????????????????????????．．61——．不同形貌ZnO納米材料的可控制備及生長機理研究———————————————————————————————————————————————————一一：：：：IV青島科技大學(xué)研究生專業(yè)碩士學(xué)位論文1．1Z

2、nO納米材料研究背景1緒論在許多半導(dǎo)體納米材料中，金屬氧化物不僅擁有金屬氧化物所特有的物理化學(xué)性質(zhì)，而且還具有半導(dǎo)體材料的一些特殊性能，于是成為了功能材料的重要組成之一。許多年來一直備受關(guān)注，成為功能材料研究領(lǐng)域的熱門【l】。金屬氧化物半導(dǎo)體材料的功能特性與它的原子結(jié)構(gòu)、成鍵類型、原子間的結(jié)合力、晶體的類型、能帶結(jié)構(gòu)以及同自身的微觀結(jié)構(gòu)都是密切聯(lián)系的。所以不同的金屬氧化物半導(dǎo)體的物理化學(xué)性質(zhì)和應(yīng)用領(lǐng)域有很大的區(qū)別。因此我們不斷的開發(fā)新型制備金屬氧化物半導(dǎo)體材料的方法，并探討影響性能優(yōu)越與表面微結(jié)構(gòu)的一些因素，努力的提升材料的運用價值，實現(xiàn)其最大功能化。氧化鋅(

3、ZnO)是目前己知的唯一具有半導(dǎo)體和壓電體雙重特征的功能材料，是當(dāng)今社會一種新型功能材料。是在GaAs出現(xiàn)后的又一種備受矚目的新型半導(dǎo)體材料，由于納米ZnO的尺寸介于微觀原子簇和宏觀微粒之間，因此具有許多宏觀材料所不具有的特殊性質(zhì)，在電、磁、光敏、化學(xué)等方面展示了誘人的應(yīng)用前旦承o20世紀(jì)90年代后期，科學(xué)家利用分子束外延的實驗方法，借助藍(lán)寶石基片來成功制得蜂窩狀結(jié)構(gòu)的ZnO薄膜，在室溫與光泵浦條件下，實現(xiàn)了ZnO紫外受激發(fā)光實驗，這在國際上引起了研究ZnO熱潮【2巧J。最近幾年來，隨著納米材料與納米技術(shù)的不斷蓬勃發(fā)展，ZnO納米材料受到人們的廣泛關(guān)注并研列6

4、‘引。正是由于其物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)異，穩(wěn)定性良好，形貌容易控制，制各方法簡單等一系列優(yōu)點，ZnO材料的研究中引起了各個國家學(xué)者的關(guān)注，大家都在積極開發(fā)其運用價值。1．2ZnO結(jié)構(gòu)與生長習(xí)性1．2．1ZnO的晶體結(jié)構(gòu)ZnO是一種典型的II．VI族寬禁帶的半導(dǎo)體化合物材料，ZnO晶體中的化學(xué)鍵既有共價鍵的成分，又有離子鍵的成分，兩種鍵的共同作用，使得ZnO晶體的化學(xué)鍵比一般離子晶體的化學(xué)鍵弱，在一定的外界作用下，導(dǎo)致其很容易發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)上的變化。ZnO一般具有三種晶體結(jié)構(gòu)：六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)(Wurtzite)、立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)(Zincblende)和立方巖鹽結(jié)構(gòu)(Roc

5、ksalt)【9】。通常條件下，ZnO熱力學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)就是六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，而立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)和立方巖不同形貌ZnO納米材料的可控制備及生長機理研究鹽結(jié)構(gòu)只有在特定條件下才能穩(wěn)定存在，在具有六方相結(jié)構(gòu)的襯底上生長可得到立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，在高壓條件下立方巖鹽結(jié)構(gòu)方可穩(wěn)定存在。①六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)通常條件下ZnO最穩(wěn)定的一種晶體結(jié)構(gòu)就是六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，如圖1．1a所示【l?。所以通常情況下的ZnO都是纖鋅礦結(jié)構(gòu)的。如果晶體是纖鋅礦結(jié)構(gòu)，那么它的原子堆積方式是最緊密型的，具有六方對稱性。ZnO晶體結(jié)構(gòu)中Zn原子和O原子排列方式比較相近，zn原子和O原子各自組成完全一

6、樣的簡單緊密排列的六方型晶格，Zn原子和O原子各自都是以密堆積的方式排列在一起，一個Zn原子與四個O原子構(gòu)成四面體，同時O原子又與四個zn原子構(gòu)成四面體，任何一個Zn原子位于4個相鄰O原子所形成的四面體間隙中，組成正四面體，但是只占據(jù)著其中半數(shù)的氧四面體間隙。同理，0原子也有相似的排列方式，每個O原子也與相鄰四個zn原子，一起組成正四面體【ll】。這種四面體配位模式使得ZnO具有不對稱結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致ZnO晶格原點不處在對稱中心，Zn原子在c軸方向不存在對稱分布，偏向于[0001]面，構(gòu)成了極性晶體的特征【12]。于是具有了獨特的壓電性質(zhì)和熱電性質(zhì)。從c軸方向看，發(fā)

7、現(xiàn)ZnO晶體是由正極·I生[0001]面和負(fù)極。t生[oooi]面一起密堆積而成。②立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)在六方相結(jié)構(gòu)的襯底片上外延繼續(xù)生長可以得到立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，如圖1．1b所示。ZnO晶體的閃鋅礦結(jié)構(gòu)與金剛石結(jié)構(gòu)比較類似，只是金剛石結(jié)構(gòu)都是由C原子構(gòu)成，而在ZnO晶體的立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)中，是由O原子和Zn原子共同構(gòu)成。與此同時，zn原子和O原子各自組成了兩個完全一樣的面心立方晶格。zn2+和02‘兩個離子周圍都是由4個異號離子按照四面體的方式來配位組合在一起，這種結(jié)構(gòu)我們也可以看作是O二在作最密集的立方堆積，然后Zn2+填入這個四面體的空隙之，中。。③立方巖鹽結(jié)構(gòu)在

8、高壓條件下，當(dāng)壓強達(dá)9GPa時，ZnO