ZnO薄膜制备及表征

ZnO薄膜的制备及其特性研究的开题报告一、选题背景氧化锌（ZnO）薄膜作为一种重要的无机半导体薄膜材料，具有广泛的应用前景，如太阳能电池、液晶显示器、发光二极管、激光器和传感器等领域。

当前，人们对ZnO薄膜的制备及其特性研究越来越关注，一方面是因为其物理、化学和电学性质的优异性，另一方面是因为其独特的结构和表面形貌，具备纳米级别的尺度效应，这些特性能够为其应用提供更广泛的选择和更大的灵活性。

因此，对ZnO薄膜的制备、性质及其应用进行深入研究有着更大的现实意义和科学价值。

二、研究目的该研究旨在制备高品质的氧化锌薄膜，研究其物理、化学和电学特性，进一步探究其在太阳能电池、液晶显示器、发光二极管和传感器等领域的应用潜力。

三、研究内容1. ZnO薄膜的制备方法研究：通过比较不同的制备方法，探究其对薄膜形貌、晶体结构、晶体质量和光学性能的影响。

2. ZnO薄膜的表面形貌及结构表征研究：利用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对制备的ZnO薄膜进行表面形貌的观察和分析，通过X射线衍射（XRD）对其晶体结构进行表征，以及拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对其晶体质量进行评价。

3. ZnO薄膜的光学性能研究：通过紫外可见吸收光谱（UV-Vis）和荧光光谱等光学测试方法，分析其光学性质和能隙以及激子的特性。

4. ZnO薄膜的电学性能研究：通过电学测试方法，如电阻率测试、霍尔效应测试、电容测试等，研究其电学性质及其载流子性质。

四、研究方法1. 制备ZnO薄膜：热蒸发法、溅射法、水热法等方法制备氧化锌薄膜。

2. 对ZnO薄膜的表面形貌和结构进行分析：使用SEM、AFM和XRD对其表面形貌和结构进行分析。

3. 对ZnO薄膜的光学特性进行测试：利用UV-Vis和荧光光谱分析其光学性质和能隙特性。

4. 对ZnO薄膜的电学特性进行测试：分别采取电阻率测试、霍尔效应测试、电容测试等方法，分析其电学性质及其载流子性质。

溶胶—凝胶法制备ZnO薄膜一、本文概述本文旨在探讨溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜的工艺及其相关特性。

ZnO薄膜作为一种重要的半导体材料，在光电子器件、太阳能电池、气体传感器等领域具有广泛的应用前景。

溶胶-凝胶法作为一种制备薄膜材料的常用技术，具有工艺简单、成本低廉、易于控制等优点，因此受到广大研究者的关注。

本文将首先介绍溶胶-凝胶法的基本原理和步骤，然后详细阐述制备ZnO薄膜的具体过程，包括前驱体溶液的配制、溶胶的制备、凝胶的形成以及薄膜的成膜过程。

接着，我们将讨论制备过程中可能影响薄膜性能的因素，如溶胶浓度、凝胶温度、退火条件等，并通过实验验证这些因素的影响。

我们将对制备得到的ZnO薄膜进行表征和分析，包括其结构、形貌、光学性能和电学性能等方面。

通过对比不同制备条件下的薄膜性能，优化制备工艺参数，为实际应用提供指导。

本文的研究结果有望为ZnO薄膜的制备和应用提供有益的参考。

二、溶胶—凝胶法原理溶胶-凝胶法（Sol-Gel）是一种湿化学方法，用于制备无机材料，特别是氧化物薄膜。

该方法基于溶液中的化学反应，通过控制溶液中的化学反应条件，使溶液中的物质发生水解和缩聚反应，从而生成稳定的溶胶。

随着反应的进行，溶胶中的颗粒逐渐增大并相互连接，形成三维网络结构，最终转化为凝胶。

在制备ZnO薄膜的溶胶-凝胶法中，通常使用的起始原料是锌的盐类（如硝酸锌、醋酸锌等）和溶剂（如乙醇、水等）。

锌盐在溶剂中溶解形成溶液，然后通过加入水或其他催化剂引发水解反应。

水解产生的锌离子与溶剂中的羟基（OH-）结合，形成氢氧化锌（Zn(OH)2）的胶体颗粒。

这些胶体颗粒在溶液中均匀分散，形成溶胶。

随着反应的进行，溶胶中的氢氧化锌颗粒逐渐长大，并通过缩聚反应相互连接，形成三维的凝胶网络。

凝胶网络中的空隙被溶剂填充，形成湿凝胶。

湿凝胶经过陈化、干燥和热处理等步骤，去除溶剂和有机残留物，同时促进ZnO晶体的生长和结晶，最终得到ZnO薄膜。

纳米ZnO薄膜的制备
一、ZnO前驱体的制备
1、实验仪器：25 mL三口烧瓶一个、150 ℃量程的温度计一支、24口冷凝管一根、油浴锅一个、磁力搅拌器、陶瓷加热台；
2、实验试剂：甲基硅油、二水乙酸锌（Zn ( CH3COO ) 2 ·2H2O）、乙醇胺、乙二醇甲醚；
3、实验步骤：
①称量二水乙酸锌1.0975 g
乙醇胺0.3 mL 0.5 mol/L ZnO前驱体
乙二醇甲醚10 mL
在三口烧瓶中将称量好的二水乙酸锌溶解于乙二醇甲醚中，再加入与二水合乙酸锌等摩尔的乙醇胺作为稳定剂；
②冷凝管里从下往上通以冷却水，把烧瓶置于盛有甲基硅油的油浴锅中，在80 ℃下回流2小时；
将烧瓶空冷至室温之后，再在磁力搅拌机上搅拌12小时，再用有机系滤头过滤，得到的就是ZnO前驱体。

二、ZnO薄膜的制备
①将玻璃片清洗干净（丙酮15min、碱液20 min、去离子水10min、异丙醇15min），置于旋涂机上；把陶瓷加热台置于通风橱中，并预先升至200 ℃；
②将过滤好的（可以在要用的时候才过滤，因为比较稳定）ZnO前驱体溶液滴满玻片表面，在转速为3000 r下旋转40 s；
③直接将旋涂好的玻片置于加热台上（可以用锡箔纸包覆，以免污染薄膜表面），反应1小时；此时薄膜应为淡紫色;
④将玻片置于齿状架上，先后放入丙酮、异丙醇中超声约5-7 min，测得薄膜粗糙度大约为2-3 nm。

ZnO薄膜的制备与性能研究ZnO是众所周知的一种半导体材料，近年来，它的应用领域不断扩大，包括光电技术、传感器技术、气敏技术、生物技术等领域。

其具有较高的透明度、电阻率、热稳定性和高电子迁移率等优异特性，使得其在各个领域中拥有巨大市场前景。

在这些应用中，ZnO薄膜则是ZnO材料的重要组件之一。

本文主要探讨ZnO 薄膜的制备及其性能研究。

一、ZnO薄膜制备方法1.溶胶-凝胶法ZnO薄膜制备的一种常见方法为溶胶-凝胶法。

该方法主要涉及将预先制备好的ZnO溶胶放置于合适的基底上，然后通过热退火的方式完成ZnO薄膜的制备。

使用该方法，可以获得良好的薄膜质量和较大的薄膜面积，同时可以随意控制薄膜厚度。

2.物理气相沉积法物理气相沉积法是ZnO薄膜制备中最常用的方法之一。

其主要通过采用物理气相沉积设备将高温气体通入反应室，然后将蒸汽通过传输管道沉积在基底上完成ZnO薄膜的制备。

该方法具有制备ZnO晶体中空气杂质较少、晶粒精细等显著的优点。

3.MBE法MBE法是利用分子束外延设备在超高真空环境下生长晶体的方法。

该方法制备的ZnO薄膜具有非常高的晶体质量。

然而，需要难以实现的极限条件，如超高真空环境和较高的晶体表面温度。

二、ZnO薄膜性能研究1.光电性能ZnO薄膜是光学和电学交叉的半导体薄膜。

关于ZnO薄膜的光学性能，已有许多研究。

例如，有研究人员证实了ZnO条纹薄膜在光学上具有比等宽薄膜更高的透射比，这是由于条纹薄膜的形态依赖性的折射率引起的。

此外，ZnO薄膜具有优越的光电转换性能，可用于太阳能电池、传感器等领域。

2.气敏性能ZnO薄膜的气敏性能是其另一个重要的应用领域，具有广泛的市场前景。

研究表明，ZnO薄膜的气敏性能受到薄膜厚度、沉积温度和掺杂类型等多个因素的影响。

例如，掺杂ZnO薄膜的气敏性能不仅可以提高灵敏度，还可以增加电阻率等方面的特性。

3.化学性质关于ZnO薄膜的化学性质，研究人员通常需要从其表面性质、表面反应等多个方面进行分析。

氧化锌薄膜的合成与表征氧化锌薄膜是一种具有重要应用价值的材料，在光电子、传感器等领域具有广泛的应用。

如何高效地制备氧化锌薄膜并准确地表征其结构和性质，一直是当前研究重点之一。

本文将介绍氧化锌薄膜的制备方法和表征技术，以期更好地理解并应用该材料。

一、氧化锌薄膜的合成方法1. 真空蒸发法真空蒸发法是一种通过高温下蒸发金属来制备薄膜的方法。

通常，锌金属片被置于真空漏斗内加热，在漏斗的上部有一块玻璃基板直接对接。

锌金属加热后开始蒸发，氧性的基板表面吸收这些蒸发物后，化学反应形成氧化锌薄膜。

这种方法制备所得氧化锌薄膜的厚度通常为几十纳米，对于一些特定应用而言，薄膜的厚度并不能完全满足需求；同时，真空蒸发法的操作条件相对苛刻，同时背景气压的影响也需要特别注意。

2. 溅射法溅射法是在真空环境中利用阴极等离子体产生的离子将靶材上的原子或原子团射向基板表面，最终形成薄膜的制备方法。

通常，气体靶在真空腔中被激光离子激发产生等离子体，产生的等离子体会扫面过整个靶材表面，将原子射到基板表面形成薄膜。

相对于真空蒸发法而言，溅射法所制备氧化锌薄膜的厚度范围更加广泛，可从几纳米到数百纳米，制备比较方便，同时膜的质量也相对较高。

3. 气相沉积法气相沉积法是利用高温气相反应使气体中的原子通过活性自由基中间体沉积到基板表面，最终形成薄膜的方法。

常见的有热CVD法、PECVD法、晶粒增大法等。

其中，热CVD法通常是在真空中通过高温热解锌源和氧源来制备氧化锌薄膜的方法，制备过程中需要精确控制反应条件，如锌源和氧源的速率、反应时间和反应温度等。

而PECVD法则是利用激发的等离子体化学反应制备氧化锌薄膜，制备过程相对比较复杂，但制备的氧化锌薄膜结构密度高、耐久性好。

四、氧化锌薄膜的表征技术1. X射线衍射(XRD)XRD是一种常见的固体材料结构分析技术，它通过对材料的衍射效应进行定量分析，来确定一个样品的晶体结构、晶格参数、非晶态和有序材料的结构等。

具体实验方案如下：制备之前，先用无水乙醇对硅片（Si ）超声清洗15 min ，然后用混有金刚石微粉（60000目）的HF 溶液（40%）对Si 片超声60 min ，最后用去离子水洗净并吹干。

实验采用98%的金属锌粉作源材料，称取0.8 g Zn 粉放入陶瓷舟中，陶瓷舟事前超声清洗，然后把整个装置放入管式炉的加热区域，Si 片放在陶瓷舟之上，光滑面向下，距离Zn 源约4 mm 。

加热之前，先将反应腔内压强抽至200 Pa 以下，然后通入Ar 气，待压力稳定之后以20℃/min 的速率加热至520℃，然后通入N2代替Ar 气保护样品生长，保温30 min 。

最后关闭仪器，自然冷却。

实验采用双温区管式炉制备，该装置如下图所示。

管式炉使用方法如下：1、开启管式炉总电源（在炉子左侧）。

2、开面板电源（顺时针转动Turn on 旋钮），启动面板。

3、使仪表处于初始状态（即PV 显示数值，SV 闪烁显示Stop ），此时若不处于该状态，则按向上键对仪表清零，使仪表只处在测显状态。

4、按向左键1秒，进入初始温度设定状态，通过按向左键移动光标，按向上键和向下键来调节温度的设定数值。

5、按回车键1秒，进入加热时间设定状态，通过按向左键移动光标，按向上键和向下键来调节时间的设定数值。

6、按回车键1秒, 进入保温温度设定状态，通过按向左键移动光标，按向上键和向下键来调节温度的设定数值。

7、按回车键1秒，进入保温时间设定状态，通过按向左键移动光标，按向上键和向下键来调节时间的设定数值。

8、按回车键1秒，进入保温时间结束后温度设定状态，通过按向左键移动光标，按向上键和向下键来调节温度的设定数值Ar 气气源 管式炉参数设置区 气体流量控制区控制旋钮机械泵9、程序最后一步为时间状态，数值为-121，以结束全部程序，按回车键确定。

10、按住向左键不放，然后按下回车键，则退出程序设置。

11、按向左键进入程序设定状态，再连续按回车键检查设定的程序是否符合预定的升降温曲线。

基于气敏元件的ZnO薄膜的RF制备及表征本文用磁控溅射的方法在片上沉积薄膜，探讨了衬底温度、氧氩比和退火处理和薄膜的结晶速率、结晶质量和电阻率的关系，为沉积符合气敏元件的敏感薄膜提供研究参考。

标签：薄膜；磁控溅射；气敏元件；电阻率1 引言作为新型宽带半导体材料，具有很好的光电、压电、气敏、压敏特性以及很高的化学稳定性与热稳定性，又因其原材料来源丰富、价格低廉和无毒等特点，被广泛应用在表面波器件、太阳能电池和气敏传感器等诸多领域[1-3]。

当前，大气污染在全国各地的情况越来越严峻，人们对此事也越来越关注，从而更加快了半导体气敏材料的研究进程。

作为气敏材料，是依靠吸附气体前后电阻发生较大的变化来识别气体的[4]。

它对还原性和氧化性气体都具有敏感性，可应用在探测、和液化石油气来避免泄露，探测进行环境污染监测，作为酒精探测器控制酒后驾驶等方面。

制备薄膜的方法有很多，如磁控溅射、脉冲激光沉积、化学气相沉积、溶胶凝胶法、电子束蒸发等，但因磁控溅射方法具有沉积速率高、成膜均匀致密、便于大面积制备等优点，因而被广泛应用[5]。

本文主要探讨了在磁控溅射薄膜的过程当中，衬底温度、氧氩比、退火处理和结晶速率、结晶质量和电阻率的关系。

2 实验方法利用溅射仪器和的靶材在片上沉积薄膜。

选择在不同的制备参数下进行，具体为衬底温度为常温和，和，和的空气中退火。

薄膜的厚度、结晶状况、表面形貌和电阻率分别用台阶仪、射线衍射仪、原子力显微镜和四探针测量仪进行测量。

3 结果与讨论3.1 薄膜的结晶速率分析实验对在不同溅射参数下沉积的薄膜进行厚度测量，归纳出了薄膜的结晶速率数据，具体见表1。

由样本1和样本3的数据可知，随着氧氩比的比例增大，薄膜的结晶速率加强。

这可能是因为氩分压的增大使得氩离子的能量增大，从而被溅射出来的有效粒子的能量也相应增大，所以加快了薄膜的生长速度。

由样本2和样本3的结果可知，衬底温度的升高减慢了薄膜的结晶速度，这是因为较高的衬底温度增大了氧离子的能量，从而破坏了薄膜的生长环境，因此结晶速率下降。

zno纳米粒子的制备及表征ZnO纳米粒子是一种重要的功能材料，其制备和表征在材料科学和纳米技术研究中具有重要的意义。

本文将介绍ZnO纳米粒子的制备方法和表征技术。

一、ZnO纳米粒子制备方法1. 溶液法溶液法是制备ZnO纳米粒子的常用方法之一。

这种方法需要将金属Zn或Zn碎块加入酸性或碱性溶液中，然后加入氧化剂，如NaOH，NH4OH和H2O2等，使其氧化形成ZnO纳米粒子。

其中，NaOH和NH4OH是碱性氧化剂，而H2O2是氧化性氧化剂。

不同的氧化剂会影响ZnO纳米粒子的形貌和大小。

2. 水热法水热法是一种简单有效制备ZnO纳米粒子的方法。

该方法将Zn盐与氢氧化物或碱性溶液混合，在高温高压的条件下反应，形成纳米粒子。

通常情况下，水热法制备的ZnO纳米粒子具有较高的结晶性和较好的晶型控制。

3. 氧化镀膜法氧化镀膜法是一种将Zn薄膜表面进行氧化反应的方法，可以制备出更为均匀和纯净的ZnO纳米粒子。

在氧化镀膜过程中，通过调节反应条件，例如反应温度、时间和氧气流量等，可以精确控制纳米粒子的大小和形貌。

4. 其他方法除了上述方法外，还有一些其他的制备方法，如化学还原法、气氛氧化法、放电火花法等。

这些方法具有各自的优缺点，可以根据具体需求进行选择。

二、ZnO纳米粒子表征技术1. X射线衍射 X射线衍射是一种常见的用于表征ZnO 纳米粒子晶体结构的技术。

该技术通过测量样品的X射线衍射谱，可以确定ZnO纳米粒子的晶体结构、晶粒大小和晶体品质等信息。

2. 透射电镜透射电镜是一种用于表征ZnO纳米粒子形貌和尺寸的技术。

透射电镜可以通过高清晰度的图像直接观察纳米粒子的形态和尺寸分布。

3. 紫外可见吸收光谱紫外可见吸收光谱是一种测量ZnO纳米粒子带隙能量的技术。

这种技术可以通过分析样品的吸收谱来确定纳米粒子的带隙能量，从而了解其光电性能。

4. 红外光谱红外光谱是一种可以测量ZnO纳米粒子表面官能团的技术。

通过分析样品的红外光谱，可以确定纳米粒子表面化学官能团的成分和数量，为其在化学反应和生物学应用中的应用提供支持。

氧化锌薄膜的特性、制备及应用1 氧化锌薄膜的特性氧化锌（ZnO）是一种宽禁带半导体材料，其具有优异的光电、压电、介电及晶格特性，而且原料价格低廉，外延生长成本低廉，易于实现掺杂，广泛的应用于诸多领域。

氧化锌晶体为六方纤锌矿结构，常温禁带宽度约为3.37eV。

氧化锌薄膜存在着锌间隙和氧空位，是n 型极性半导体。

氧化锌薄膜是一种可见光透射率高达90%的理想透明导电膜，其电阻率低至10-4Ω·cm。

氧化锌铝（AZO）薄膜具有更好的透明度和导电性，其透射率为91%，电阻率为10-5Ω·cm，因此AZO 薄膜已逐渐成为ITO（In2O3：Sn）薄膜的替代材料。

2 氧化锌薄膜的制备不同的应用对氧化锌薄膜的结晶取向、薄膜厚度、表面平整度以及光电、压电等性质的要求各有区别。

这些差异是由不同的制备技术及工艺参数所决定的，各种制备工艺各有优缺点，从结晶情况来看主要在玻璃上用金属有机物化学气相沉积（MOCVD），PLD法制备的薄膜质量较好。

磁控溅射法是目前（尤其是国内）研究最多、最成熟的一种氧化锌薄膜制备方法。

溅射是利用荷能粒子轰击靶材，使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种工艺。

根据靶材在沉积过程中是否发生化学变化，可分为普通溅射和反应溅射。

若靶材是Zn，沉积过程中Zn与环境气氛中的氧气发生反应生成氧化锌则是反应溅射；若靶材是氧化锌陶瓷，沉积过程中无化学变化则为普通溅射法。

PLD法是20世纪80年代后发展起来的一种真空物理沉积方法。

在超高真空（本底压强可达9×10-8Pa）系统中将KrF或ArF激光器发出的高能激光脉冲汇聚在靶表面，使靶材料瞬时熔融气化，并沉积到衬底上形成薄膜。

MBE（分子束外延法）是一种可达原子级控制的薄膜生长方法。

它用于生长高质量的氧化锌薄膜，可采用微波电子回旋共振分子束外延（ECR-MBE），也可采用激光分子束外延法（L-MBE）。

化学气相沉积是将反应物由气相引入到衬底表面发生反应，形成薄膜的一种工艺。

zno纳米结构薄膜的水溶液法制备与研究一、ZNO纳米结构薄膜的概述大家都知道，现在这个科技飞速发展的时代，材料科学也成了一个大热门话题。

说到材料，你可能会想起钢铁、水泥这些硬邦邦的东西，谁能想到，咱们今天聊的这个ZNO纳米结构薄膜，听起来有点高大上吧。

实际上，它是一种基于氧化锌（ZnO）纳米材料制成的薄膜。

说到这，你可能会问：“氧化锌是什么东西？这玩意儿能做什么？”它不仅仅是我们常见的防晒霜中的成分，还是很多高科技领域的重要材料，比如光电器件、传感器，甚至是太阳能电池的核心材料呢。

这个ZNO薄膜，可以说是电子、光学领域里的“香饽饽”了。

咱们接着说，它之所以这么受欢迎，最重要的一个原因就是它的纳米结构。

你看，纳米材料的特点就是粒子小，表面积大，功能性特别强。

ZNO纳米结构薄膜就像一张超薄的“网”，这种薄膜不仅能有效地吸收光能，还能让电荷更容易在里面流动。

简单来说，它不光能“吸光”，还能够“导电”。

这就是为什么它在许多电子器件中被看重的原因。

二、水溶液法的制备方法听到水溶液法，你可能会想：“这不就是溶解在水里的东西吗？”对的，水溶液法就是利用水作为溶剂，把锌源溶解成水溶液，然后在特定的条件下让它们沉淀下来，最后得到一层ZNO薄膜。

这种方法，别看它简单，实际上却有很多讲究。

水溶液法的优势就是操作简单，成本低，而且容易控制。

想象一下，你在厨房做菜，往锅里加水，再慢慢地加入各种调料，这个过程就是水溶液法的一个缩影。

你只需要调好水溶液的浓度、温度、pH值等参数，最后得到的ZNO薄膜就能在你想要的大小、厚度和结构下“乖乖”长出来。

别看它这么简单，水溶液法的控制性可是非常强的。

你可以通过调节溶液的成分，控制ZNO薄膜的形态，比如它的晶粒大小、形状、排列方式等等。

要是你想让它做成一个一模一样的纳米颗粒排列，就得好好掌握其中的“诀窍”。

这种方法的另一个好处是它的环境友好，毕竟咱们都是在水里“泡”出来的，不像一些其他的制备方法需要用到那些复杂的化学品，既安全又环保。

ZnO基薄膜及其三明治结构紫外探测器的制备和性能表征ZnO是一种直接带隙半导体材料,通过掺杂Mg元素制备MgZnO三元合金,可使其探测区间向短波段延伸。

针对ZnO基紫外探测器器件结构单一,光吸收率较低等问题,同时顺应双波段探测器的发展需求,本文首先对生长高质量ZnO基薄膜参数进行调控,在此基础上改变器件结构设计出ZnO/Au/ZnO,MgZnO/Au/MgZnO 和ZnO/Au/MgZnO等三明治结构探测器。

增加了半导体-金属接触面积以及器件有效受光面积,实现了性能提升的紫外探测器和紫外双波段探测器,并对其性能进行系统的分析表征,主要研究成果如下:(1)从ZnO紫外探测器的器件结构入手,构筑了新颖的ZnO/Au/ZnO三明治结构紫外探测器。

由于Au电极的嵌入式设计,带来了光吸收率的提高和载流子收集区域的拓宽。

深入地分析了其物理机制,全面地研究了电场强度和耗尽层宽度对三明治结构紫外探测器性能的调控。

通过改变ZnO层厚度,叉指电极间距和金电极厚度,实现了对器件性能的优化,相较于传统ZnO/Au结构器件响应度提升了8倍。

(2)以ZnO/Au/ZnO三明治结构紫外探测器为基础,通过Mg元素的掺入实现了MgZnO/Au/MgZnO三明治结构紫外探测器。

克服了引入Mg元素带来的器件电阻率高,响应度低等缺点,响应度峰值较之传统MgZnO/Au结构器件提升了6.2倍。

通过对射频磁控溅射生长气体分压和溅射功率的调控,实现了结晶性能优化和电学性能提升的MgZnO/Au/MgZnO三明治结构紫外探测器。

(3)创新地引入MgZnO/Au/ZnO和ZnO/Au/MgZnO三明治结构紫外探测器,为拓宽双波段紫外探测器的应用提供了新颖又可行的方法。

通过测试分析,结果表明ZnO/Au/MgZnO结构探测器光电性能优于MgZnO/Au/ZnO。

进一步研究MgZnO层厚度对ZnO/Au/MgZnO器件双层响应度峰值的影响,仅仅通过改变施加电压从3 V到15V时,ZnO层和MgZnO层响应度值基本相等分别为12.2 A/W和11.9 A/W,为制备双波段或多波段探测器提供可行思路。

纳米氧化锌的电化学制备与表征王靖昊 515111910055一、实验目的1、用电化学沉积法制备纳米氧化锌薄膜，掌握相关原理。

2、用XRD、紫外可见吸收光谱等分析手段对所制备的纳米ZnO进行表征。

3、对所得纳米ZnO进行染料降解测试。

二、实验原理1、纳米氧化锌ZnO是一种II、VI族宽禁带半导体化合物材料，最常见的结构主要有六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构。

其中，六角纤锌矿为热力学稳定的结构。

ZnO半导体具有良好的光电、压电、气敏性质，电化学稳定性高、价格低廉、毒性小、能阻截紫外光等优点，在透明导体、太阳能电池、光波导器件、微传感器等方面具有广泛的应用。

制备纳米ZnO的方法有很多，如金属有机化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、水热法、脉冲激光沉积法、电化学沉积法等。

其中电化学沉积法实验条件要求低，可在低温下进行，操作简单，成本低，适合用于本次综合化学实验。

2、电化学沉积法电化学沉积法指电解含有所要生长元素的电解液，使所需固体物质在电极析出沉积的方法。

电化学沉积法分为阳极氧化法和阴极还原法，因对ZnO的制备，阴极还原法实际相对简单，本次采用阴极还原法。

在硝酸锌电解液中，阴极反应式为：总反应式为：从而在阴极得到纳米氧化锌材料3、染料降解研究当半导体光催化剂受到光子能量高于半导体禁带宽度的入射光照射时，位于半导体催化剂价带的电子就会受到激发进入导带，同时会在价带上形成对应的空穴，即产生光生电子-空穴对。

光生电子(e-)具有很强的氧化还原能力，它不仅可以将吸附在半导体颗粒表面的有机物活化氧化，还能使半导体表面的电子受体被还原。

而受激发产生的光生空穴(h+)则是良好的氧化剂，一般会通过与化学吸附水（H2O）或表面羟基（OH-）反应生成具有很强氧化能力的羟基自由基（·OH）。

研究表明羟基自由基几乎能够氧化所有有机物并使之矿化。

实验证明一般光催化反应都是在空气气氛中进行，其中一个主要原因就是空气中所含氧气的存在对光催化有促进作用，能加速反应的进行，从原理上分析普遍认为氧气的存在可以抑制光催化剂上电子与空穴的复合，同时它还可以与光生电子作用形成超氧离自由氧O2-，接着与H+生成HO2，最后再生成羟基自由基，因此成为了羟基自由基的另外一个重要来源。

不同微观形貌的zno薄膜的制备及其表征一、不同微观形貌的ZnO薄膜的制备1、水热法制备ZnO薄膜水热法是一种常用的制备ZnO薄膜的方法，它主要是以过渡金属化合物为前驱体，在水热条件下进行热处理而生成ZnO薄膜。

其制备步骤如下：（1）将镍磁性载体放入水中，加入适量的氨水，然后再加入经过混匀的Zn(NO3)2·6H2O溶液，搅拌至溶液变得浑浊；（2）将溶液加热至100℃，保持温度维持30min；（3）将溶液冷却至室温，然后将其过滤，洗涤几次后晾干；（4）将上述过滤洗涤后的样品加热至400-500℃，维持2h，即可生成ZnO薄膜。

2、溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜溶胶-凝胶法是一种制备有机-无机复合薄膜的方法，也可以用于制备ZnO薄膜。

其制备步骤如下：（1）将Zn(NO3)2·6H2O和溶剂（如乙醇）混合搅拌至无明显沉淀，得到溶胶液；（2）将上述溶胶溶液放入采用水溶性表面活性剂制备的乳液中，然后搅拌均匀，使溶胶溶液充分混合，以得到溶胶-凝胶液；（3）将上述混合液滴在固定的基板上，然后在室温下晾干，经过低温烘干（60℃），即可得到ZnO薄膜。

3、PVD法制备ZnO薄膜 PVD（Physical Vapor Deposition）是一种物理蒸镀技术，可以利用原子态或分子态的物质，以真空方式到达指定表面，并形成薄膜。

其制备步骤如下：（1）将已装载ZnO粉末的真空管放入真空容器中，并对真空室进行精确真空；（2）使用直流供电或激光加热，将ZnO粉末熔化；（3）将熔化的ZnO粉末快速沉积在温度控制的表面上，形成ZnO薄膜。

二、不同微观形貌的ZnO薄膜的表征1、X射线衍射（XRD）表征 X射线衍射是一种常用的表征薄膜晶体结构的方法，其原理是通过观察薄膜表面所反射的X射线，来判断薄膜晶体结构的种类及其结构参数。

XRD表征可以证明薄膜表面的晶体结构是否是ZnO，也可以检测出晶体结构的晶粒大小、晶格常数和晶体的晶面等参数。

氧化锌薄膜的制备及应用0前言ZnO作为一种宽带隙半导体材料,近几年来已经成为国际上紫外半导体光电子材料和器件领域的研究热点。

ZnO薄膜是一种具有广泛应用前景的材料，国际上也涌现出许多以ZnO 为研究重点的科研小组，开展了许多相关的科研工作。

氧化锌薄膜作为一种优异的光电和压电相结合的电子信息材料，它在压电转换，光电显示以及集成电子器件等方面有广泛的应用。

拥有优良的压电特性，一直在SAW器件中的到应用。

此外还可用作紫外光探测器，发光器件，传感器件，太阳能电池的透明电极等。

1 ZnO 的晶体结构ZnO为II －VI族化合物，具有六角纤锌矿型( hexagonal wurtize )［1］或立方闪锌矿型( zinc blende)［2］晶体结构，均属六方晶系p63mc 空间群。

室温和常压下，ZnO的热稳定相为六角纤锌矿结构。

当压强达9GPa左右时，纤锌矿结构的ZnO 转化为四方岩盐结构( rocksalt) ，原子配位数由4 增加到6，体积相应缩小17%。

而立方闪锌矿结构的ZnO只有在立方结构的衬底上生长才可能得到。

如图1 所示:图1 ZnO 的晶体结构在理想六角纤锌矿结构ZnO 的元胞中晶格常数a和c满足c /a = 1. 633。

由于掺杂以及生长条件的不同，实际测得的c 和a 的数值以及c /a 的值和理论值有一定的出入。

在ZnO 晶体结构中，Zn、O 各自组成六方密集堆积结构的子格子，两种子格子延C轴平移0. 385nm形成复格子结构。

每个Zn原子与最近邻的四个O 原子构成一个四面体结构; 同样，每个O原子和最近邻的四个Zn原子也构成一个四面体结构。

四面体并非严格对称，在C轴方向上，Zn原子与O原子之间的距离为0. 196nm。

Zn －O 键是典型的SP3杂化，由于Zn 和O 的电负性差别较大，Zn －O 键是极性的。

2ZnO薄膜的性质2.1 光电特性ZnO薄膜是直接带隙半导体，具有很好的光电性质，对紫外光有较为强烈的吸收，在可见光区，光透过率接近90%。