生長于硅納米孔柱陣列襯底上氧化鋅的場發(fā)射和氣體傳感性能研究.pdf

1、AdissertationsubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofDoctorFieldEmissionandGasSensingPropertiesofZincOxideGrownonSiliconNanoporousPillarArrayBy：LingLiWangSupervisor：XinJianLiCondensedMatterPhysicsDepartmentofPhysics，

2、ZhengzhouUniversityJune，2013摘要摘要作為一種IIⅥ族直接帶隙化合物半導體材料，氧化鋅(ZnO)具有較寬的帶隙(337eV)和較高的激子束縛能(60meV)以及良好的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和抗輻射性能，因而在未來的電子、光電子器件領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。近年來，納米ZnO因其豐富且易控的結(jié)構(gòu)形貌、奇異的物理特性而成為凝聚態(tài)物理和材料研究領(lǐng)域的熱點。硅納米孔柱陣列(SiNPA)是一種硅的微米納米結(jié)構(gòu)復合體系，它在微

3、米和納米兩個尺度上具有獨特的三重層次結(jié)構(gòu)特點，即規(guī)則的硅柱陣列、硅柱表面的納米多孔結(jié)構(gòu)以及組成納米孔孔壁的硅納米單晶顆粒。SiNPA的特殊結(jié)構(gòu)和物理化學特性使其成為制備硅基納米復合體系的理想襯底。本文以SiNPA為襯底，采用化學氣相沉積法(CVD)制備了ZnO／SiNPA納米復合體系，研究了制備條件對ZnO／SiNPA形貌的調(diào)控、ZnO／SiNPA的場發(fā)射特性、ZnO／SiNPA對濕度及ZnO空心球?qū)凭鹊臍怏w傳感性能。論文取得以下主

4、要研究結(jié)果：1、Zn0／SiNPA的制備與形貌調(diào)控以SiNPA為襯底，以高純鋅粉和高純氧氣作為鋅源和氧源，采用CVD技術(shù)制備了具有陣列結(jié)構(gòu)特征的ZnO／SiNPA納米復合體系，并通過改變鋅源距離、生長溫度、通氧溫度和氧氣流量等參數(shù)，實現(xiàn)了對ZnO／Si—NPA表面形貌的調(diào)控。(1)保持生長溫度(900℃)、通氧溫度(750。C)和氧氣流量(2sccm)不變，隨鋅源距離增大，ZnO在SiNPA基底上的沉積量逐漸減少，形貌逐步由ZnO納米棒

5、簇陣列轉(zhuǎn)變?yōu)閆nO納米針簇狀陣列。(2)保持鋅源距離(2cm)、通氧溫度(600℃)和氧氣流量(2sccm)不變，隨生長溫度升高，ZnO在SiNPA基底上的沉積量逐漸增加，沉積位置和形貌也發(fā)生變化。600。C時，ZnO納米棒較短且選擇性地并呈輻射狀生長在硅柱頂端；700。C時，ZnO納米棒長度增加且選擇性地并呈輻射狀生長于硅柱頂端；800。C時，ZnO納米棒直徑變大，密度增加，均勻生長于硅柱及柱間。(3)保持鋅源距離(4cm)、生長溫度