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摘 要

本实验部分是利用水热法制备Mg掺杂的ZnO纳米阵列，并改变反应溶液中Mg的含量，然后分别用水蒸气热处理ZnO材料、高温N2中退火处理ZnO材料、高温空气中退火处理ZnO材料。

利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）对样品的表面形貌、尺寸进行表征，利用X-射线衍射（XRD）仪对样品的晶体结构和结晶性能进行分析，通过紫外可见吸收和光致发光光谱（PL）测试分析了制备的样品光学性。研究结果表明：Mg掺杂制备的ZnO样品的晶体质量有所下降，但Mg的掺杂使ZnO的紫外吸收发生轻微蓝移，光致发光有所改善，通过退火处理的ZnO晶体结晶度得到提高，紫外吸收也发生一定蓝移，光致发光的峰强度有所提高。

关键词：ZnO Mg掺杂 退火处理 光致发光强度

Luminescent properties of Mg-doped zinc oxide nanorods

Abstract

The experimental part is preparing Mg-doped ZnO nanoarray by hydro-thermal,and changing the content of Mg in the reaction solution.Then ZnO materials are heat-treated with steam, annealed with high temperature in the N2, annealed with high temperature in the air respectively.

the surface topography and the size of the sample are characterized by field emission scanning electron microscopy (FESEM).Using X- ray diffraction (XRD) instrument analyzes the crystal structure and crystallization properties of the samples.The optical properties of samples are tested with UV absorption and photo-luminescence (PL).The results show :The crystal quality of Mg-doped ZnO sample prepared decline.However, Mg-doped ZnO UV absorption makes slight blue shift, photo-luminescence improvement. The crystallization of ZnO crystals is enhanced by annealing.Certain blue shift also occur-res in UV absorption.The intensity of photo-luminescence-peak has increased.

Keywords: ZnO; Mg-doped; annealing; photo-luminescence intensity

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1引言 1

1.2 ZnO简介 1

1.2.1 氧化锌的晶体结构 1

1.2.2 ZnO材料的基本性质 3

1.3 ZnO纳米棒阵列概述 4

1.4 ZnO基电致发光研究进展 5

1.4.1 同质p-n结电致发光 5

1.4.2 异质p-n结电致发光 6

1.4.3 非p-n结电致发光 7

1.5 元素掺杂 8

1.5.1 Mn、Co、Ni过度元素掺杂 8

1.5.2 Mg、Cd元素掺杂 8

1.6 ZnO材料在其它领域的应用 9

1.6.1 纳米激光器 10

1.6.2 纳米电动机 10

1.6.3 传感器 10

1.6.4 太阳电池 11

1.6.5 光催化活性 12

1.6.6 场发射装置 12

1.7 本文研究意义与内容 12

第二章 实验材料与步骤 14

2.1 实验原料与仪器 14

2.1.1 实验原料 14

2.1.2实验仪器设备 14

2.2 实验过程 14

2.2.1 Mg掺杂ZnO纳米阵列 14

2.2.2后热处理ZnO纳米阵列 15

2.3 表征方法 15

第三章 实验结果与讨论 16

3.1 Mg掺杂ZnO阵列的结果分析 16

3.1.1 Mg掺杂ZnO纳米阵列形貌表征 16

3.1.2 ZnO阵列的紫外吸收 17

3.1.3 ZnO样品的PL分析 18

3.1.4 Mg掺杂ZnO样品的结论 19

3.2 退火处理ZnO阵列的结果分析 19

3.2.1 ZnO样品的形貌表征 19

3.2.2不同退火处理的ZnO紫外分析 20

3.2.3 不同退火处理ZnO的PL光谱 21

3.2.4 退火处理的ZnO阵列结论 22

结论 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 文献综述

1.1引言

随着纳米科学技术的发展和应用，半导体材料正在逐渐改变人们的生活方式。半导体材料的发展追溯到20世纪50年代，第一代半导体材料以硅（Si）、锗（Oe）半导体单质材料的发展为基础，导致了以集成电路为核心的电子工业革命。第二代半导体光电材料则开始以二元或多元合金的形式出现，促进了光纤通信技术发展并形成高新技术产业，使人类进入信息时代。由于短波长光电器件的需求不断增加，宽禁带半导体发光材料逐渐受到人们的重视。开启了以氮化镓(GaN)与氧化锌(ZnO)材料为主的第三代半导体材料时代。与GaN相比，ZnO 具有更大的激子束缚能和更高的熔点，但有着相似的禁带宽度和晶格结构，ZnO还具有原料丰富易得、成本低廉、制备技术简单等优点。柔性器件技术因其独特的柔韧可弯曲性，便于运输，突破了传统器件的限制领域，成为人们的研究热点并以开始应用于生活。

1.2 ZnO简介

1.2.1 氧化锌的晶体结构

图1-1 ZnO晶体结构类型：(a)岩盐矿结构，(b)闪锌矿结构，(c)纤锌矿结构，

灰色球代表锌原子，黑色球代表氧原子

Fig.1-1 ZnO crystal structures: (a) cubic rocksalt , (b) cubic zinc blende , and (c) hexagonal wurtzite. The shaded gray and black spheres denote Zn and O atoms, respectively

ZnO是一种直接宽禁带Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，具有三种晶体结构：六方相纤锌矿、立方闪锌矿和比较罕见的岩盐矿结构，如图1-1所示^[1]。六方相纤锌矿结构为制备ZnO的热力学稳定相，晶格常数分别为a=0.325 nm、c=0.520 nm^[3]。在具有立方相晶体结构的基底上制备ZnO时才能得到闪锌矿晶体结构，只有在高压条件下才可能制备出岩盐矿结构的ZnO材料。

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