纳米材料导论 cvd法幻灯片PPT
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实用文档
3 实验结果与分析
3. 1 ZnO 纳米线表征
图2为ZnO纳米线XRD测试结果图谱,从图中可以看到:只有在34. 5°处出现了ZnO的(002)晶面的衍射峰,说明ZnO纳米线沿 [ 001 ]方向择优生长;衍射峰强度大,宽度小,说明产物纯度高, 结晶程度好,为ZnO单晶纳米线。
图3是样品的扫描电子显微镜的照片。图3 ( a)是样品的正面 SEM图,从图中可以看出: ZnO纳米线的直径在100nm 左右,有一 定的倾斜度。图3 ( b)是样品的断面区域放大SEM图,从图中可 以看出, ZnO纳米线平均长度在4μm左右, ZnO纳米线的底端有 一层大约500nm的ZnO薄膜, ZnO纳米线长在ZnO薄膜之上。图3 ( c)是样品的断面大视场SEM图,可以看出ZnO纳米线高度一致, 排列较为有序。
实用文档
4结 论
以金做催化剂,采用热分解ZnO粉末的CVD方法在Si ( 100)衬底上生长了整齐紧密排 列的ZnO纳米线,平均长度为4μm,直径在100nm左右。ZnO纳米线的生长机理与传统的 VLS机理不同,在Si (100)衬底上先生长了大约500nm厚的ZnO薄膜, ZnO纳米线生长在 ZnO薄膜上面。
实用文档
图4 生长5min的SEM图 Fig. 4 SEM images of ZnO nanowires growing for 5min
实用文档
图5 ( a) ZnO薄膜晶粒的EDS图谱; ( b) ZnO纳米线顶端的EDS图谱 Fig. 5 ( a) EDS spectra of ZnO grain; ( b) EDS spectra of ZnO nanowires
文献出处人工晶体学报, Journal of Synthetic Crystals,
实用文档
引言
ZnO是一种II2V I族氧化物半导体材料,由于它具有宽带隙、低介电 常数及其它优异的光电、压电特性, 多年来一直广泛应用于压电转换、透明电极、表面声波器件、压敏 电阻、湿敏、气敏传感器和太阳能电池等诸 多领域[ 1 ] 。自1997年Z. K. Tang等人报道了ZnO的紫外激射以来 [ 2, 3 ] , ZnO迅速成为研究的热点。而对于 ZnO纳米线,从理论上可以推测[ 4 ] ,其电子态密度分布更集中,激 子束缚能愈大,并且激子共振更强烈,因而 他们的吸收、发光等光跃迁谱更窄化,光与物质的相互作用更有效。 这意味着ZnO纳米线在光电应用方面 具有更优越的性能,因此制备高质量的ZnO纳米线成为一重要研究方 向。制备ZnO纳米线的方法有多种. Y. Li[ 5 ]等人运用模板限制辅 助生长法制备出多晶ZnO 纳米线阵列。
实用文档
实用文档
图3 ( a) ZnO纳米线正面SEM图; ( b) ZnO纳米线断面放大SEM图; ( c) ZnO纳米线断面SEM图Fig. 3 ( a) The top view of SEM images of ZnO nanowires; ( b) magnifide cross2section SEM images of ZnO nanowires( c) cross2section SEM images of ZnO nanowires
实用文档
2实 验
衬底采用n2Si(100) ,先用HF酸溶液浸蚀30 s,去离子水清洗 干净再分别在丙酮与酒精溶液中超声波清洗2min,然后在Si 基片上蒸镀大约10nm厚的金膜为催化剂。化学气相沉积方法 (CVD)制备ZnO纳米线的实验装置如图1所示。高纯度的ZnO ( > 99. 95 )粉末装在氧化铝舟中,将氧化铝舟放入管式炉 的恒温中心位置, Si基片放在距ZnO源气路下游15cm的位置。 炉管升温速率为20℃/min,当ZnO 源温度上升到1400℃时通 Ar气(99. 99% ) ,流量为40 sccm,并将温度保持在1400℃ (此时基片温度在700℃左右) 。炉管内保持在26. 6～ 400kPa的真空度,沉积时间30min,自然冷却后取出样品,表面 显灰黑色。采用英国BedeD1 System X射线衍射仪和日本 JEOL2EDAX扫描电子显微镜对样品的结构和形貌进行表征。
实用文档
参考文献
[ 1 ] Look D C, et al. RecentAdvances in ZnO Material and Devices[ J ]. M aterials Science and Engineering, 2001: 3832387. [ 2 ] Tang Z K,Wong G K , L Yu P, KawasakiM, et al. Room2temperature Ultraviolet Laser Emission from Self2assembled ZnO Microcrystallite ThinFilms[ J ]. Applied Physics Letters, 1998, 72: 327023272. [ 3 ] Yu P, Tang Z K,Wong G KL, KawasakiM,Ohtomo A, Koinoma H, Segawa Y. Room Temperature Gain Spectra and Lasing inMicrocrystalline ZnOthin Films[ J ]. Journal of Crystal Grow th, 1998: 6012604.
实用文档
可能是ZnO在结晶过程中由于晶界的毛细管作用将金液滴吸到了 ZnO薄膜上面。薄膜形成后,气相ZnO在所通Ar气的携带下向基片 输运,此时基片温度已经保持在700℃,气相过饱和度适中,基片 上方ZnO以气相存在,因此分子热运动强烈,重力场的作用相对减 弱。在随后的生长过程中气相的ZnO被催化剂金液滴吸附按VLS 机理生长成ZnO纳米线。图3 ( a)箭头所指位置处的ZnO纳米线 顶端的EDS图谱表明(如图5 ( b)所示) , ZnO纳米线顶端同样有 金成份,证实在薄膜上的ZnO纳米线按VLS机理生长。因此整个生 长过。程可归纳为: (1) ZnO粉末分解为气相ZnO→ ( 2)气相ZnO 凝聚为纳米团簇并沉积在Si基片上( T基片< 700℃) → (3) Si 基片上的ZnO纳米团簇结晶为ZnO薄膜( T基片= 700℃) → (4) 在金的催化作用下ZnO纳米线在ZnO薄膜上生长( T基片= 700℃) 。
[ 4 ] 沈学础. 半导体光谱和光学性质[M ]. 第2版,科学出版社,北京, 2002, 695. [ 5 ] Li Y,Meng GW, Zhang L D. Ordered Semiconductor ZnO Nanowire Arrays and Their Photoluminescence Propertyes[ J ]. Appl. Phys. Lett. , 2000, 76 (15) : 2011. [ 6 ] Ogata K,Maejima K, Fujita Sz, Fujita Sg. Growth Mode Control of ZnO Toward Nanorod Structures or High2quaity Layered Structures byMetal2 organic Vapor Phase Ep itaxy[ J ]. Journal of Crystal Grow th, 2003, 248: 25230. [ 7 ] Yang Peidong, Yan Haoquan,Mao Samuel, et al. Controlled Growth of ZnO Nanowires and Their Op tical Properties [ J ]. Adv. M ater. , 2002, 12 (5) : 3232331. [ 8 ] Xing Y J, Xi Z H, Xue Z Q, et al. Op tical Properties of the ZnO Nanotubes Synthesized Via Vapor Phase Growth[ J ]. Appl. Phiys. Lett. , 2003, 83 (9) : 168921691. [ 9 ] Jason B,Baxter, et al. Ep itaxial Growth of ZnO Nanowires on A2 and C2p lane Sapphire[ J ]. Journal of Crystal Grow th, 2005, 274: 4072411. [ 10 ] Dai Y, Zhang Y,Bai Y Q,Wang Z 实L用O文.档Bicrystalline Zinc Oxide Nanowires [ J ].
CVD法制备高质量ZnO纳米线及 生长机理
实用文档ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
作者 唐 斌, 邓 宏,税正伟,陈金 菊 ,韦 敏
单位 电子科技大学微电子与固体电子学 院; 西南石油大学理学院; 电子科技大学 微电子与固体电子学院 成都
英文篇名 Preparation and Growth Mechanism of Well-aligned ZnO Nanowires by Chemical Vapor Deposition
实用文档
日本的京都大学[ 6 ]用金属有机气相外 延法(MOVPE)在蓝宝石衬底上生成的高质量ZnO纳米棒。杨培东研 究小组[ 7 ]将VLS机理和气相外延技术 相结合实现了纳米线阵列的控制生长。北京大学的Xing等人[ 8 ] 在湿氧条件下蒸发Zn和ZnO的混合粉末, 制备出壁厚为8～20nm的ZnO纳米管。最近Jason B[ 9 ]等人运用 (MOCVD)方法在蓝宝石上制备了整齐排 列的ZnO纳米线。运用化学气相沉积法(CVD)制备高质量的ZnO纳米 线的报道还很少见。本研究中,以金 做催化剂,采用热分解ZnO粉末的CVD方法在Si (100)衬底上生长了 有序排列的ZnO纳米线,运用X射线 衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜( SEM)进行表征,结合汽- 液- 固 (VLS)理论讨论了其生长机理。
实用文档
3. 2 ZnO 纳米线的生长机理
ZnO纳米线下面有一层ZnO 薄膜,所以本研究中的ZnO 纳米线生长机理跟传统的气 2液2固(VLS)机理[ 10 ]有所不同。其生长机理是:当基片温度还没达到ZnO的结晶 温度700℃时,炉管中央位置的ZnO粉末源已经开始分解,虽然没通Ar气,但由于分子 热运动的作用,气相ZnO将向基片方向运动。此时在基片位置处的气相过饱和度低, 气相ZnO将凝聚成ZnO纳米团簇,团簇的热运动速度急剧下降,重力场作用较明显,因 此ZnO纳米团簇在重力场作用下沉积在基片表面,形成一层ZnO纳米团簇。当基片温 度达到700℃时沉积的ZnO 纳米团簇开始结晶形成ZnO 薄膜。为了证实这一理论, 研究中将沉积时间从30min缩短到5min,发现在Si基片上生长的ZnO薄膜如图4所示, 粒径在100nm左右,与ZnO纳米线直径一致。用能谱仪测试了薄膜晶粒的成分,图4中 箭头所指位置是能谱仪所测试位置,图5 ( a)是ZnO薄膜晶粒EDS图谱,发现有金成 份,
3 实验结果与分析
3. 1 ZnO 纳米线表征
图2为ZnO纳米线XRD测试结果图谱,从图中可以看到:只有在34. 5°处出现了ZnO的(002)晶面的衍射峰,说明ZnO纳米线沿 [ 001 ]方向择优生长;衍射峰强度大,宽度小,说明产物纯度高, 结晶程度好,为ZnO单晶纳米线。
图3是样品的扫描电子显微镜的照片。图3 ( a)是样品的正面 SEM图,从图中可以看出: ZnO纳米线的直径在100nm 左右,有一 定的倾斜度。图3 ( b)是样品的断面区域放大SEM图,从图中可 以看出, ZnO纳米线平均长度在4μm左右, ZnO纳米线的底端有 一层大约500nm的ZnO薄膜, ZnO纳米线长在ZnO薄膜之上。图3 ( c)是样品的断面大视场SEM图,可以看出ZnO纳米线高度一致, 排列较为有序。
实用文档
4结 论
以金做催化剂,采用热分解ZnO粉末的CVD方法在Si ( 100)衬底上生长了整齐紧密排 列的ZnO纳米线,平均长度为4μm,直径在100nm左右。ZnO纳米线的生长机理与传统的 VLS机理不同,在Si (100)衬底上先生长了大约500nm厚的ZnO薄膜, ZnO纳米线生长在 ZnO薄膜上面。
实用文档
图4 生长5min的SEM图 Fig. 4 SEM images of ZnO nanowires growing for 5min
实用文档
图5 ( a) ZnO薄膜晶粒的EDS图谱; ( b) ZnO纳米线顶端的EDS图谱 Fig. 5 ( a) EDS spectra of ZnO grain; ( b) EDS spectra of ZnO nanowires
文献出处人工晶体学报, Journal of Synthetic Crystals,
实用文档
引言
ZnO是一种II2V I族氧化物半导体材料,由于它具有宽带隙、低介电 常数及其它优异的光电、压电特性, 多年来一直广泛应用于压电转换、透明电极、表面声波器件、压敏 电阻、湿敏、气敏传感器和太阳能电池等诸 多领域[ 1 ] 。自1997年Z. K. Tang等人报道了ZnO的紫外激射以来 [ 2, 3 ] , ZnO迅速成为研究的热点。而对于 ZnO纳米线,从理论上可以推测[ 4 ] ,其电子态密度分布更集中,激 子束缚能愈大,并且激子共振更强烈,因而 他们的吸收、发光等光跃迁谱更窄化,光与物质的相互作用更有效。 这意味着ZnO纳米线在光电应用方面 具有更优越的性能,因此制备高质量的ZnO纳米线成为一重要研究方 向。制备ZnO纳米线的方法有多种. Y. Li[ 5 ]等人运用模板限制辅 助生长法制备出多晶ZnO 纳米线阵列。
实用文档
实用文档
图3 ( a) ZnO纳米线正面SEM图; ( b) ZnO纳米线断面放大SEM图; ( c) ZnO纳米线断面SEM图Fig. 3 ( a) The top view of SEM images of ZnO nanowires; ( b) magnifide cross2section SEM images of ZnO nanowires( c) cross2section SEM images of ZnO nanowires
实用文档
2实 验
衬底采用n2Si(100) ,先用HF酸溶液浸蚀30 s,去离子水清洗 干净再分别在丙酮与酒精溶液中超声波清洗2min,然后在Si 基片上蒸镀大约10nm厚的金膜为催化剂。化学气相沉积方法 (CVD)制备ZnO纳米线的实验装置如图1所示。高纯度的ZnO ( > 99. 95 )粉末装在氧化铝舟中,将氧化铝舟放入管式炉 的恒温中心位置, Si基片放在距ZnO源气路下游15cm的位置。 炉管升温速率为20℃/min,当ZnO 源温度上升到1400℃时通 Ar气(99. 99% ) ,流量为40 sccm,并将温度保持在1400℃ (此时基片温度在700℃左右) 。炉管内保持在26. 6～ 400kPa的真空度,沉积时间30min,自然冷却后取出样品,表面 显灰黑色。采用英国BedeD1 System X射线衍射仪和日本 JEOL2EDAX扫描电子显微镜对样品的结构和形貌进行表征。
实用文档
参考文献
[ 1 ] Look D C, et al. RecentAdvances in ZnO Material and Devices[ J ]. M aterials Science and Engineering, 2001: 3832387. [ 2 ] Tang Z K,Wong G K , L Yu P, KawasakiM, et al. Room2temperature Ultraviolet Laser Emission from Self2assembled ZnO Microcrystallite ThinFilms[ J ]. Applied Physics Letters, 1998, 72: 327023272. [ 3 ] Yu P, Tang Z K,Wong G KL, KawasakiM,Ohtomo A, Koinoma H, Segawa Y. Room Temperature Gain Spectra and Lasing inMicrocrystalline ZnOthin Films[ J ]. Journal of Crystal Grow th, 1998: 6012604.
实用文档
可能是ZnO在结晶过程中由于晶界的毛细管作用将金液滴吸到了 ZnO薄膜上面。薄膜形成后,气相ZnO在所通Ar气的携带下向基片 输运,此时基片温度已经保持在700℃,气相过饱和度适中,基片 上方ZnO以气相存在,因此分子热运动强烈,重力场的作用相对减 弱。在随后的生长过程中气相的ZnO被催化剂金液滴吸附按VLS 机理生长成ZnO纳米线。图3 ( a)箭头所指位置处的ZnO纳米线 顶端的EDS图谱表明(如图5 ( b)所示) , ZnO纳米线顶端同样有 金成份,证实在薄膜上的ZnO纳米线按VLS机理生长。因此整个生 长过。程可归纳为: (1) ZnO粉末分解为气相ZnO→ ( 2)气相ZnO 凝聚为纳米团簇并沉积在Si基片上( T基片< 700℃) → (3) Si 基片上的ZnO纳米团簇结晶为ZnO薄膜( T基片= 700℃) → (4) 在金的催化作用下ZnO纳米线在ZnO薄膜上生长( T基片= 700℃) 。
[ 4 ] 沈学础. 半导体光谱和光学性质[M ]. 第2版,科学出版社,北京, 2002, 695. [ 5 ] Li Y,Meng GW, Zhang L D. Ordered Semiconductor ZnO Nanowire Arrays and Their Photoluminescence Propertyes[ J ]. Appl. Phys. Lett. , 2000, 76 (15) : 2011. [ 6 ] Ogata K,Maejima K, Fujita Sz, Fujita Sg. Growth Mode Control of ZnO Toward Nanorod Structures or High2quaity Layered Structures byMetal2 organic Vapor Phase Ep itaxy[ J ]. Journal of Crystal Grow th, 2003, 248: 25230. [ 7 ] Yang Peidong, Yan Haoquan,Mao Samuel, et al. Controlled Growth of ZnO Nanowires and Their Op tical Properties [ J ]. Adv. M ater. , 2002, 12 (5) : 3232331. [ 8 ] Xing Y J, Xi Z H, Xue Z Q, et al. Op tical Properties of the ZnO Nanotubes Synthesized Via Vapor Phase Growth[ J ]. Appl. Phiys. Lett. , 2003, 83 (9) : 168921691. [ 9 ] Jason B,Baxter, et al. Ep itaxial Growth of ZnO Nanowires on A2 and C2p lane Sapphire[ J ]. Journal of Crystal Grow th, 2005, 274: 4072411. [ 10 ] Dai Y, Zhang Y,Bai Y Q,Wang Z 实L用O文.档Bicrystalline Zinc Oxide Nanowires [ J ].
CVD法制备高质量ZnO纳米线及 生长机理
实用文档ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
作者 唐 斌, 邓 宏,税正伟,陈金 菊 ,韦 敏
单位 电子科技大学微电子与固体电子学 院; 西南石油大学理学院; 电子科技大学 微电子与固体电子学院 成都
英文篇名 Preparation and Growth Mechanism of Well-aligned ZnO Nanowires by Chemical Vapor Deposition
实用文档
日本的京都大学[ 6 ]用金属有机气相外 延法(MOVPE)在蓝宝石衬底上生成的高质量ZnO纳米棒。杨培东研 究小组[ 7 ]将VLS机理和气相外延技术 相结合实现了纳米线阵列的控制生长。北京大学的Xing等人[ 8 ] 在湿氧条件下蒸发Zn和ZnO的混合粉末, 制备出壁厚为8～20nm的ZnO纳米管。最近Jason B[ 9 ]等人运用 (MOCVD)方法在蓝宝石上制备了整齐排 列的ZnO纳米线。运用化学气相沉积法(CVD)制备高质量的ZnO纳米 线的报道还很少见。本研究中,以金 做催化剂,采用热分解ZnO粉末的CVD方法在Si (100)衬底上生长了 有序排列的ZnO纳米线,运用X射线 衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜( SEM)进行表征,结合汽- 液- 固 (VLS)理论讨论了其生长机理。
实用文档
3. 2 ZnO 纳米线的生长机理
ZnO纳米线下面有一层ZnO 薄膜,所以本研究中的ZnO 纳米线生长机理跟传统的气 2液2固(VLS)机理[ 10 ]有所不同。其生长机理是:当基片温度还没达到ZnO的结晶 温度700℃时,炉管中央位置的ZnO粉末源已经开始分解,虽然没通Ar气,但由于分子 热运动的作用,气相ZnO将向基片方向运动。此时在基片位置处的气相过饱和度低, 气相ZnO将凝聚成ZnO纳米团簇,团簇的热运动速度急剧下降,重力场作用较明显,因 此ZnO纳米团簇在重力场作用下沉积在基片表面,形成一层ZnO纳米团簇。当基片温 度达到700℃时沉积的ZnO 纳米团簇开始结晶形成ZnO 薄膜。为了证实这一理论, 研究中将沉积时间从30min缩短到5min,发现在Si基片上生长的ZnO薄膜如图4所示, 粒径在100nm左右,与ZnO纳米线直径一致。用能谱仪测试了薄膜晶粒的成分,图4中 箭头所指位置是能谱仪所测试位置,图5 ( a)是ZnO薄膜晶粒EDS图谱,发现有金成 份,