氧化锌纳米棒有序阵列的制备及表征

氧化锌纳米棒有序阵列的制备及表征

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俞有幸!郝维昌!杜"轶!王春忠!王天民

!北京航空航天大学材料物理与化学研究中心"北京%)))1(

#摘"要!"氧化锌是一种重要的化合物半导体!其低维结构在微电子器件领域具有潜在的应用前景"在温和的条件下利用软化学方法在沉积了单层=3B 颗粒膜的玻璃衬底上制备了直径为*)!())34!长约%$4的氧化锌纳米棒有序阵列!讨论了颗粒膜对阵列生长的作用以及水浴温度对晶体结构和形貌的影响"结果表明!产物为纤锌矿结构#=3B 颗粒膜为阵列的生长提供了分布均匀且固定的形核中心!对阵列的有序生长起诱导作用#随着反应温度的升高!阵列直径变小且排列更加有序!但过高的温度会抑制=3B 晶体内部的8轴择优取向作用"研究了=3B 阵列的光致发光特性!初步讨论了其发光机理"

关键词!"氧化锌"有序阵列"光致发光中图分类号!"B *1&’%"B *(+’(文献标识码!.

文章编号!%))%/0*(%#&))*$)1/%(*)/)(

%"引"言

=3B 是一种直接带隙的半导体材料"

室温下的禁带宽度为(’(*8""激子束缚能为<)48""由于其在短波长发光二极管$激光器$紫外探测等光电器件及气敏$压电等方面的用途而备受关注%近年来"由于=3B 低维纳米结构在纳米传感器"高速$高集成$低成本$低功耗微电子器件方面潜在的应用前景"各种=3B 低维纳米结构的制备技术及性能研究已经成为纳米材料领域的热点之一%

目前"已经报道的=3B 低维结构有纳米线

&%!(’

$

纳米棒&

+"2’$纳米针&<’$纳米梳&*’$纳米带&1’$纳米环&0’

等%其中研究较多的是纳米线$纳米棒及其阵列结构"因为这两种结构在电子输运及相关器件领域具有显著的优势%目前"=3B 低维结构的制备方法主要可以分为两大类(一类是气相法"主要包括催化剂辅助的气/液/固!"M @#合成法和无催化剂辅助的气/固!"@#

合成法"相应的实验手段有金属有机物化学气相沉积

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&%)’$激光脉冲沉积!!M G #&%%

’等)另一类是溶液法"主要包括开放溶液体系法和溶剂热法"相应的实验手段有电化学沉积&%&’$水热法&%(’等%本文使用的

方法在原理上与水热法相似"但反应温度比水热法低"且反应在敞口溶液体系中进行"避免了高压条件"无需反应釜"比水热法更安全"并且受反应容器体积限制较少"还能够直接观察到阵列的生长过程"因而有望成为

一种低成本$大面积制备=3B 纳米有序阵列的方法%

在较低温度下利用上述方法在沉积了单层=3B 颗粒膜的玻璃衬底上制备了氧化锌纳米棒有序阵列"讨论了颗粒膜的作用以及生长温度对阵列形貌的影响"研究了其光致发光特性%

&"实"验

实验所用的试剂主要有=3!C D (C B B #&*&D &B $无水乙醇$M 6B D *D &B $=3!#B (#&*

将)’227=3!C D (C B B #&*&D &B 加到%2)49无水乙醇中"1)W 下加热回流)’2I "自然冷却"再加入)’%27M

6B D *D &B "超声反应%I 即可获得均一稳定的=3B 溶胶%用提拉法在洁净玻璃片表面制备一层=3B 颗粒膜%将=3B 颗粒膜在+))W 下热处理&I "备用%

常温下将=3!#B (#&*

用$S T /@T a T B #型场发射扫描电子显微镜!$S @S E #表征样品的表面形貌"用_+!8J Y!J :型_射线衍射仪!_a G #表征样品的晶体结构"用D 6Y ?Z I 6$/+2))型荧光光谱仪!!M #

研究样品的光致发光特性%("结果和讨论

(’%"_a G 表征

图%为生长阵列的同时"在溶液中生成的=3B 粉末的_射线衍射!_a G #谱"对照标准图谱可知产物为六方纤锌矿结构%图&为阵列样品的_射线衍射!_a G #分析结果"峰位与图%完全相同"只是峰强的分布有所不同"其中阵列样品的!))&#的峰特别强"表明晶体在8轴方向上择优生长"并且阵列样品各峰的峰宽较小"表明在单层=3B 颗粒膜的衬底上生长的纳米棒比在溶液中直接形成的=3B 纳米棒的结晶质量要好%

)

*(%&))*年第1期!(1

#卷!

基金项目!国家自然科学基金资助项目!2)()&))%#)北京大学工程研究院科研合作资助项目!&)+)(%

#收到初稿日期!&))

通讯作者!郝维昌作者简介!俞有幸"!%01&[#

"男"湖南怀化人"在读硕士"师承王天民教授"从事化合物半导体及其低维结构方面的研究

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