ZnO由于其優(yōu)異的光電性能,在紫外LEDs/LDs、太陽(yáng)能電池和場(chǎng)效應(yīng)晶體管等領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。光學(xué)氣相過(guò)飽和析出法(OVSP)制備的富受主型ZnO(A-ZnO)微米管可作為光學(xué)微腔支持多重光學(xué)諧振模式,并在高效多彩熒光調(diào)控、低閾值紫外激光輸出和片上集成光催化領(lǐng)域展現(xiàn)了優(yōu)越的性能。激光由于具有瞬時(shí)高能量密度注入特性,是實(shí)現(xiàn)材料表面物理化學(xué)性質(zhì)高效改性的重要方法之一。本研究采用248-nm KrF準(zhǔn)分子激光輻照OVSP法制備的本征富受主型ZnO單晶微米管微腔,探究激光輻照富受主型ZnO微米管制備微納結(jié)構(gòu)的工藝及其對(duì)ZnO微米管光電特性的調(diào)控作用。研究表明,激光輻照可在ZnO微米管表面可控制備6種微納結(jié)構(gòu),微納結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)歸因于激光輻照的熱效應(yīng)以及ZnO微米管穩(wěn)定的Zn空位相關(guān)富受主,激光輻照下,ZnO表面溫度高于分解溫度,在激光快速加熱冷卻過(guò)程中,Zn空位點(diǎn)缺陷附近的ZnO熱分解——表面再沉積過(guò)程,促使ZnO分子在管外壁重新成核自組織生長(zhǎng)成不同形態(tài)的微納結(jié)構(gòu)。激光功率密度控制表面溫度,決定了微納結(jié)構(gòu)的形貌,而微納結(jié)構(gòu)的尺寸和密度受脈沖數(shù)調(diào)控。通過(guò)拉曼光譜和紫外熒光光譜分析驗(yàn)證了微納結(jié)構(gòu)引入大量O空位和Zn填隙等表面缺陷態(tài),微米管在能量密度200 mJ/cm~2、300個(gè)脈沖輻照條件下,其電阻率低至3.39×10~(-3)Ω·cm,比輻照前降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。具有微納結(jié)構(gòu)的ZnO微米管由于比表面積增大,其紫外光電探測(cè)及光催化降解性能得到顯著增強(qiáng)。在紫外光電探測(cè)方面,在能量密度200 mJ/cm~2、100個(gè)脈沖輻照條件下,ZnO微米管紫外光響應(yīng)度為27.08 A/W,是輻照前微米管光響應(yīng)度的8倍,同時(shí)響應(yīng)時(shí)間縮短75%。與傳統(tǒng)ZnO單晶和薄膜結(jié)構(gòu)相比,最大光響應(yīng)度分別提高50倍和270倍。在光催化方面,通過(guò)6-nm表面Au納米顆粒修飾,在能量密度150 mJ/cm~2、200個(gè)脈沖輻照后,ZnO微米管的光催化降解速率達(dá)到ZnO納米粉的3.4倍,同時(shí)具有可循環(huán)利用性,可用于微流道芯片上集成動(dòng)態(tài)光催化降解。本研究結(jié)果為寬禁帶半導(dǎo)體微腔表面微納結(jié)構(gòu)制備及應(yīng)用提供了新機(jī)遇。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN249;O643.36;O644.1
【部分圖文】：

能溶于氨水、酸和堿等溶液，不溶于水和有機(jī)溶晶體結(jié)構(gòu)：六方纖鋅礦型、立方巖鹽型和立方閃 熱力學(xué)穩(wěn)定相是六方纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)，在晶自組成一個(gè)六方密堆積的子格，這兩個(gè)子格沿 c軸晶格常數(shù)為 0.3250nm，c 軸晶格常數(shù)為 0.520個(gè) O 原子構(gòu)成一個(gè)四面體結(jié)構(gòu)，同樣地，每個(gè)構(gòu)成四面體。而立方巖鹽型的 ZnO 在高壓條件下變得到，立方閃鋅礦型的 ZnO 在立方晶體結(jié)構(gòu)在。鋅礦結(jié)構(gòu)的晶體對(duì)稱性較差，造成其能帶結(jié)構(gòu)和晶體場(chǎng)分裂而形成的 ZnO 能帶圖。ZnO 的；價(jià)帶表現(xiàn)為 p 型，價(jià)帶頂部能級(jí)分裂成三個(gè)子于自由激子的不同激發(fā)態(tài)，從上至下依次稱為9、Γ7 對(duì)稱性[15]。

第 1 章 緒 論高能電子束激發(fā)下均可以發(fā)光，通常研究較多的是ence，PL）譜。PL 譜指材料受到光激發(fā)后吸收光子生電子-空穴對(duì)，導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴通過(guò)弛豫達(dá)到，成為準(zhǔn)平衡態(tài)，準(zhǔn)平衡態(tài)下的電子和空穴再通過(guò)復(fù)強(qiáng)度或能量分布的光譜圖。PL 譜是分析半導(dǎo)體光學(xué)泛應(yīng)用于固體物理和材料科學(xué)領(lǐng)域。在室溫下，一個(gè)最為明顯的輻射峰，分別是位于 380 nm 左右的紫外ge，NBE）躍遷發(fā)光峰和 400-700 nm 的可見(jiàn)光區(qū)域DL）發(fā)光峰帶[16]。

第 1 章 緒 論子蒸氣壓過(guò)飽和后與氧分子反應(yīng)，在成核區(qū)域沉積并逐步形成沿 c 軸生長(zhǎng)的纖鋅礦結(jié)構(gòu) ZnO 單晶微米棒。當(dāng) ZnO 微米棒生長(zhǎng)至蒸氣壓較低區(qū)域時(shí)，由于內(nèi)部溫度較高，微米棒以 c 軸為中心分解形成微米管。該課題組采用上述方法通過(guò)光學(xué)浮區(qū)爐系統(tǒng)，在四個(gè)鹵素?zé)魺嵩垂β蕿?1024W 的條件下加熱 ZnO 陶瓷棒，以空氣為載氣，在陶瓷棒頂端獲得了 ZnO 單晶微米管[11]。與傳統(tǒng) ZnO 氣相生長(zhǎng)法相比，OVSP 無(wú)需溫度梯度作為生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力，穩(wěn)定性好、重復(fù)性高，所生長(zhǎng)的 ZnO 微米管表面光滑、形貌完整且具有正六邊形截面（圖 1-3（a）），微米管長(zhǎng)度可達(dá) 1 cm，直徑約 100-150 μm，壁厚＜2 μm，是一種理想的腔體結(jié)構(gòu)。圖 1-3（b）是 ZnO 微米管的微觀結(jié)構(gòu)和衍射圖譜，證實(shí)了ZnO 微米管是生長(zhǎng)方向?yàn)椋?001）（即 c 軸取向）的單晶結(jié)構(gòu)，且結(jié)晶質(zhì)量很高。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 楊麗萍;李燕;鄧宏;;微管ZnO可控生長(zhǎng)的研究[J];人工晶體學(xué)報(bào);2006年04期

本文編號(hào)：2820831