作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表,ZnO呈現(xiàn)本征n型導(dǎo)電,其高質(zhì)量的n型摻雜很容易實(shí)現(xiàn),但其穩(wěn)定、高效、可重復(fù)的p型摻雜卻異常困難,這嚴(yán)重阻礙了ZnO材料在光電領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。制備可靠p型ZnO的關(guān)鍵是解決受主態(tài)的穩(wěn)定性問題。圍繞這一核心問題。本文提出并研究了一種生長穩(wěn)定、可重復(fù)、高質(zhì)量、本征富受主型ZnO（Acceptor-rich ZnO,A-ZnO）單晶微米管的方法,在此基礎(chǔ)上,研究該種微米管的生長機(jī)理和光電特性,并進(jìn)一步探索其相關(guān)應(yīng)用。首先,依托光學(xué)浮區(qū)爐系統(tǒng),提出光學(xué)氣化過飽和析出法（Optical vapour supersaturated precipitation,OVSP）制備A-ZnO單晶微米管。研究了OVSP法生長A-ZnO單晶微米管的生長機(jī)理,發(fā)現(xiàn)其遵循Zn蒸汽過飽和析出生成微米棒隨后軸向光熱分解形成微米管的生長機(jī)理,其中均勻溫度場和富氧氣氛是OVSP法生長A-ZnO微米管的必要條件,也是保證所生長樣品富含受主的關(guān)鍵因素。通過數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,研究了主要生長參數(shù)（加熱功率、生長平臺、燈絲幾何形狀）對生長過程中光學(xué)溫度場分布的影響。結(jié)果表明:65%（... 

【文章來源】：北京工業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

ZnO晶體結(jié)構(gòu)示意圖：（a）立方巖鹽礦結(jié)構(gòu)，（b）立方閃鋅礦結(jié)構(gòu),（c）六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)

圖 1-2 晶體場和自旋軌道耦合作用導(dǎo)致的 ZnO 能帶劈裂結(jié)構(gòu)示意圖[18]Fig. 1-2 Schematic energy-level diagram of spin-orbit splitting and crystal-field splitting in ZnO關(guān)于 ZnO 能帶結(jié)構(gòu)的爭議主要圍繞三個(gè)子價(jià)帶的能級順序上，1960 年Thomas 和 Hopfield 等人通過研究 ZnO 反射譜的偏振依賴特性，提出了 ZnO 三個(gè)子價(jià)帶的能級順序?yàn)?Γ7[A]>Γ9[B]>Γ7[C][19,20]。但是 1966 年，Park 等人通過研究 ZnO 的吸收和反射光譜認(rèn)為 ZnO 三個(gè)子價(jià)帶的能級順序?yàn)?Γ9[A]>Γ7[B]>Γ7[C[21]。1999-2005 年， Reynolds、Chichibu、Adachi 等人分別對 ZnO 子價(jià)帶的能級順序進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和理論研究，他們發(fā)現(xiàn) ZnO 同其它 II-VI 族化合物族結(jié)構(gòu)以及 GaN 相同，均為符合 Γ9[A]>Γ7[B]>Γ7[C]排序[22-24]。然而在 2002 年，Lambrecht 等人通過密度泛函理論對 ZnO 的能帶結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，ZnO 的價(jià)帶頂是陰離子軌道能級和陽離子軌道能級的反鍵組合，價(jià)帶重整后應(yīng)為 Thomas 所提出的 Γ7[A]>Γ9[B]>Γ7[C]能級順序，隨后這一結(jié)論得到了磁光激子精細(xì)結(jié)構(gòu)研究的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，目前該觀點(diǎn)也被大多數(shù)研究人員所認(rèn)同[25-27]。根據(jù) B. K. Meyer 等人的理論計(jì)算，（A）（B）能級間的能量差為 4.9meV，而（B）（C）能級間的能量

第 1 章 緒論然后以惰性氣體為載氣，將鋅蒸氣引入含氧氣體中，使 Zn 原子和 O2以氣相方式接觸，從而實(shí)現(xiàn) ZnO 微米管的生長。東南大學(xué)徐春祥教授課題組以質(zhì)量比為 1：1 的 ZnO 粉末和石墨粉為原料，在 1150 ℃下保溫 40 分鐘，在 Si 襯底上成功制備出了 ZnO 微米管，如圖 1-3（a）所示[57]。Du 等人同樣以 ZnO 粉末和石墨粉為原料，以氬氣和氧氣的混合氣體為載體，在 1000℃條件下保溫 40 分鐘，在碳纖維上制備了 ZnO 納米線陣列，然后通過氧化碳纖維的方式獲得 ZnO 微米管，如圖 1-3（b）所示[58]。Lee 等人以 ZnO 粉末和 Zn 粉為原料，在 950℃下保溫 1小時(shí)，以氬氣為載體，在 Al2O3襯底上得到了 ZnO 微米管，如圖 1-3 (c) 和 (d)所示[59]。該方法是目前較為普遍的方法，但所需反應(yīng)溫度較高，需要消耗大量氣體，因此成本較高。此外，該方法所得到的微米管表面形貌上相對較差。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3470596