ZnO纳米带的光学性能分析.doc

PAGE 摘 要 ZnO作为一种重要的宽带隙半导体材料，具有较好的光学性能。ZnO纳米带以其统一的几何尺寸，较少的线缺陷，作为特殊的纳米材料，展现了其独特的性质。本文综述了ZnO纳米带的制备方法，掺杂不同物质对其光学性能的影响，也对当前对ZnO纳米技术的研究与应用做了简要介绍，并对其今后的研究进行了相应的展望。 关键词：ZnO 纳米带 光学性质 Abstract：ZnO is an important wide band gap semiconductor material with special optical properties. ZnO nanobelts with its uniform geometry, less linear defects, as the special nanomaterial, demonstrated its unique character. This paper reviews the methods of synthesizing ZnO nanobelts, doped optical properties of different substances to their different effects, but also on the current of the ZnO nanotechnology research and application of a brief introduction, and the future prospects for research accordingly. Key words：ZnO nanobelts optical properties 1 引言 ZnO是典型的直接带隙宽禁带半导体材料，室温下的带隙宽度为3.37eV，具有较高的激子束缚能(～60meV)，保证其室温下紫外激光发射[1]。ZnO作为一种继GaN蓝光二极管诞生以来倍受瞩目的宽禁带直接带隙半导体，在紫外、蓝绿、黄红等波段都观察到光发射现象[2]。1990年，日本科学家Iijima发现了碳纳米管，这种一维的纳米结构显示出了优异的电学和机械性质[3]。通过对其不同纳米结构的研究，引发了人们对一维纳米结构的研究热潮。现在可通过气相法、水热法、溅射法[4]、共沉积法、热蒸发法[5]、喷雾热解法[6]等方法，能制备出ZnO纳米棒、纳米线、纳米管、纳米带等一维纳米结构[7]。ZnO纳米带自从2001年首次被合成以来，便引起了科学界广泛的关注，被称为继碳纳米管后的又一重大发现。对于准一维的ZnO纳米带，其结构与一维的纳米线不同，因此产生的量子效应也不同。为了进一步改善ZnO纳米材料的性能,我们通常采用第III、IV和V族元素等进行掺杂。本文综述了ZnO纳米带中参杂In、Sn等物质对光学性能的影响，ZnO纳米带的相关应用并对其前景进行展望。 2 ZnO纳米带的制备 ZnO纳米带作为一种研究和应用前景非常好的材料，其制备方法有很多，目前主要有气相法、水热法、磁控溅射法、热氧化法、喷雾热解法等方法。 2.1 气相法 2001年王中林教授研究小组首次通过热蒸发法制备出ZnO、SnO、In2O3和CdO纳米带[8]。在ZnO的制备过程中没有使用任何催化剂，把纯度99.9﹪的ZnO粉末放在Al2O3管中，再把A1203管放置在石英管炉子中进行加热。温度控制在1400℃，蒸发时间2h，在常压下通入氩气，氩气的气压为300Torr，流速为50cm3·min-1。将蒸发的产物沉积到放置在Al2O3管末端的Al2O3片上，呈白色羊毛状。他们通过SEM观察，发现产物中包含大量的线状纳米结构，长度从几十到几百微米。又通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱（EDS）分析证实产物为纤锌矿结构的ZnO。通过透射电子显微镜（TEM）图像显示了这种ZnO纳米结构呈带状，沿长度方向具有一致的宽度，其横截面呈矩形，宽度为10～30nm，宽厚比大约为5，如图1所示为ZnO纳米带的TEM图像。通过高分辨率电子显微镜（HRTEM）图像和电子衍射分析，发现ZnO纳米带具有均匀的单晶结构，纳米带表面非常干净，几乎没有缺陷和断层。他们等认为气-固生长模式（V-S）比较适合ZnO纳米带的生长，即在高温区域ZnO粉末蒸发形成气体，到低温区域后直接沉积到基底上长成了带状的结构。由于纳米带的规则几何形状和极少的缺陷以及ZnO的优良性质，王中林教授等预言ZnO纳米带是研究低维的输运现象 图1 ZnO纳米带的TEM图片[8] 2002年Jun Zhang等人同样利用化学气相沉积的方法制备了ZnO纳米带[9]。实验方法和装置与王中林教授等人采用的相同，但不同的是，Jun Zhang等人利用ZnC12作为原料，通入的氩气中混