一維In摻雜ZnO納米材料的生長(zhǎng)及缺陷的發(fā)光光譜研究.pdf

1、制備高質(zhì)量的納米材料，并通過(guò)摻雜調(diào)控其光電性能，是ZnO納米材料實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的前提條件。研究ZnO納米材料的生長(zhǎng)，并深入理解缺陷和雜質(zhì)的行為，對(duì)于獲得高質(zhì)量的納米ZnO晶體和優(yōu)異的光電性能具有重要的指導(dǎo)意義。而In摻雜ZnO納米材料的生長(zhǎng)取向、表面形貌和缺陷有著重要的影響，所以本文主要以不同In摻雜含量的ZnO納米線作為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)、光致發(fā)光特性及缺陷復(fù)合體進(jìn)行研究，旨在為制備高質(zhì)量、高性能的ZnO納米材料提供新的依據(jù)。本論文的

2、主要研究工作如下:
　　(1)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，采用常規(guī)的CVD方法制備In摻雜含量可控的ZnO納米線。發(fā)現(xiàn)In摻雜會(huì)改變ZnO納米線的表面形貌和生長(zhǎng)取向，其c-軸[0001]擇優(yōu)取向受到抑制，出現(xiàn)了非常規(guī)的[02(2)3]生長(zhǎng)方向和由(10(1)0)和(10(1)1)兩種晶面組成的鋸齒狀表面。與常規(guī)的ZnO納米線相比，In摻雜ZnO納米線具有比表面積大和表面態(tài)缺陷低的特點(diǎn)，且具有良好的光催化性能，建立了表面能帶彎曲模型對(duì)該結(jié)果作出了

3、合理的解釋。
　　(2)對(duì)不同In摻雜含量的ZnO納米線的低溫光致發(fā)光譜(PL)進(jìn)行分析，觀察到鮮見(jiàn)的位于3.1 eV處的高強(qiáng)度發(fā)光峰和一直倍受爭(zhēng)議的A線發(fā)光峰，而且其強(qiáng)度均與In摻雜含量有關(guān)。3.1 eV發(fā)光峰強(qiáng)度隨隨溫度升高迅速淬滅，大約在180 K的溫度下完全消失，淬滅激活能約49 meV。變激發(fā)強(qiáng)度PL結(jié)果表明該發(fā)射是一個(gè)由淺施主到未知受主的DAP復(fù)合過(guò)程。
　　(3)對(duì)In摻雜ZnO納米線進(jìn)行表面包覆Al2O3處理

4、，結(jié)果顯示3.1 eV發(fā)射峰和A-line強(qiáng)度在包覆前后沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明這兩個(gè)發(fā)光峰并非來(lái)源于表面。A-line極有可能是由In摻雜誘導(dǎo)產(chǎn)生的堆垛層錯(cuò)缺陷引起的。進(jìn)行Zn氣氛和O2退火處理，結(jié)果表明3.1 eV發(fā)光峰的起源與Zn空位(VZn)有關(guān)。
　　(4)進(jìn)行EPR和XANES譜測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)In摻雜ZnO納米線中的VZn不是獨(dú)立存在，而是以InZn-VZn缺陷復(fù)合體的形式存在。通過(guò)第一性原理計(jì)算，得出InZn-VZn復(fù)合體