摻雜tzno的制備與性能

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1、西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第l頁摘要作為一種直接寬帶隙和較高激子束縛能的半導(dǎo)體材料，znO具有非中心對稱晶體結(jié)構(gòu)和生物安全以及生物相容性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于光電子、電機(jī)耦合傳感、變頻器和生物工程材料領(lǐng)域。本論文采取在znO晶格中引入雜質(zhì)離子的方式，制備出摻Al，F(xiàn)e和Ag等元素的T．Zn0摻雜樣品，并對摻雜樣品的吸附作用、導(dǎo)電電性、氣敏特性、光學(xué)和磁學(xué)性能以及相關(guān)元器件制備進(jìn)行探索研究，取得了一些有意義的結(jié)果：用T．zn0對Fe3+，A13÷和cu2+溶液進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，用等離子發(fā)射光譜儀(IPs)對溶液中金屬離子濃度測量和采用x射線衍射(xRD)和掃描電鏡fsEM

2、)等手段對金屬離子在■zno表面狀態(tài)進(jìn)行研究。結(jié)果表明：T-znO對Fe”，A13_和cu”等金屬離子有很強(qiáng)的吸附能力，對三種離子的吸附率達(dá)到99％以上；浸漬后的T—znO表面有吸附離子鹽類生成。采取溶液浸漬法和高溫?zé)Y(jié)相結(jié)合制備Al摻雜的T-zn0，研究了摻雜濃度對T_znO的形貌和結(jié)構(gòu)的影響，測試了不同氣氛退火和Al摻雜處理的T-ZnO晶須的粉體電阻率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)H2條件退火有利于T-znO電阻率的降低：Al摻雜能有效降低T-Zn0晶須的電阻率。以Al摻雜T—zn0作為導(dǎo)電填料制備了電阻率為106～108Q·cm的PVc／T．znO復(fù)合材料，對其表面電阻和體積電阻

3、進(jìn)行了測試。發(fā)現(xiàn)隨著T．ZnO用量的增加，Al摻雜T—zn0／Pvc復(fù)合材料的表面電阻率和體積電阻率明顯下降，最佳體積添加量為5vol％。用高溫固溶工藝制備了Al，F(xiàn)e和Ag摻雜T-Zn0氣敏材料并制作了燒結(jié)型厚膜氣敏元件，測試了元件對H2S，NH3，c2H50H和H2的敏感特性，研究了摻雜jffI、摻雜工藝和材料形貌結(jié)構(gòu)對■znO材料氣敏特性的影響規(guī)律。結(jié)果顯示znO材料對H2s和c2H50H氣體靈敏度較高，對H2和NH3等氣體靈敏度較差；經(jīng)過氫氣氣氛熱處理的摻O．1m01％Al的T-zno對氣體表現(xiàn)出很高的靈敏度，在268．5℃時(shí)，對looppmH2s的靈敏度達(dá)

4、160；同時(shí)，A1摻雜工藝改善了材料對H2s和C2H50H的回復(fù)響應(yīng)特性。在Fe摻雜zn0樣品中，出現(xiàn)第二相(znFe204)可以提高對氣體的靈敏度。·采用真空高溫固溶工藝制備了不同濃度摻雜Fe的T-znO，利用xRD研究了摻雜后T-znO的物相結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Fe在znO中的固溶度約為西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第

5、I頁O．7moI％，超過此極限，F(xiàn)e以第二相(znFe204)形式出現(xiàn)。用熒光光譜研究其發(fā)光性能發(fā)現(xiàn)摻雜后的T-znO發(fā)光強(qiáng)度隨摻雜濃度增加先降低后增加。分析認(rèn)為，綠光的發(fā)光機(jī)理是電子由vo到Vz。躍遷引起的。采用超導(dǎo)量子干涉測試儀(SOuID)和穆斯

6、堡爾譜儀研究了Fe摻雜T—znO的磁學(xué)性能，并探討了摻雜樣品物相結(jié)構(gòu)與磁學(xué)性能的聯(lián)系規(guī)律和Fe摻雜T．ZnO室溫鐵磁性的產(chǎn)生機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)：Fe摻雜濃度為0．5mol％，0．7mol％和O．9mol％的ZnO樣品在室溫下有鐵磁性，而摻雜濃度超過O．9mol％的樣品在室溫下表現(xiàn)為順磁性。Fe摻雜樣品中表現(xiàn)出來的室溫鐵磁性是由Fe進(jìn)入Zn0晶格改變其中電子自旋狀態(tài)引起，而不是第二相或者電子自旋狀態(tài)改變與第二相的共同結(jié)果。關(guān)鍵詞：T_znO；摻雜；導(dǎo)電性；氣敏特性；綠光發(fā)光；稀磁半導(dǎo)體西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第

7、

8、I頁ABSTRACTZnOisawideanddir

9、ectbaIldgapII—VIsemiconductorwlt王1manyapplications，suchasatransparentcOnductivecontact，thin—fiImgassensor，varistor，solarcell，luminescentmaterial，surfaceelectro-acousticwavedevice，heterojunctionlaserdiode，uItravioletlaser，a11dothers．Inthisdissenation，A1，F(xiàn)e，AgandCu—dopedtetra—needle—like

10、zincoxideV，hiskers(T-ZnO)werepreparedusingthehightemperaturesolidsolutiontreatment．M}any“ndsofinstrumentswereemployedtocharacterizethephysicalpropeniesofthesamples．SeVeralnoVelandimportantpropertiessuchasadsorptionef詫ct，conductivity，gassensitivity，green1uminescence，magnetism，andthere