大尺寸氧化锌晶体的制备及生长机理

大尺寸氧化锌晶体的制备及生长机理

论文摘要

氧化锌晶体作为新一代宽禁带、直接带隙的多功能Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,具有优良的光电、导电、压电、气敏、压敏等特性。ZnO半导体室温带隙为3.37eV,且束缚激子能高达60MeV,使其在紫外半导体光电器件方面具有很大潜在应用价值。制备难度和诱人的应用前景使得氧化锌晶体的生长技术成为材料研究的热点。本文工作重点是探索工艺简单、成本低、操作简便的氧化锌晶体的制备方法。 本文采用气相传输法,以锌锭、空气为原料,讨论了不同的氧化时间、空气流量、载流N2流量、锌挥发温度、氧化温度生长条件下对ZnO晶体生长结果的影响,并对生长机理做了初步探讨。氧化锌晶体可控生长的关键是控制成核和生长过程,而试验中各工艺参数决定着成核和生长过程,最终控制了氧化锌晶体的尺寸。 研究结果表明: (1) 大尺寸氧化锌晶体的形态可控生长的关键是控制成核和生长过程。晶核的结晶形态决定着晶体的形态,生长过程的环境条件也影响着晶体的生长过程。反应器中的气相过饱和度等工艺参数影响着大尺寸氧化锌晶体的控制生长 (2) 在氧化时间为90min,空气流量为0.31/min,氮气流量为0.31/min,锌挥发温度为900℃,晶体反应器温度为1150℃时,我们制备出大尺寸的氧化锌晶体,长度达到30mm,直径达到1mm,实现了氧化锌晶体尺寸的可控生长; (3) XRD结果表明本试验所获得的产物全为ZnO,峰形尖而窄,说明其结晶度高,XRD图谱与JCPDS卡片号36-1451一致,表明产物均为六方结构的ZnO,同时,晶格常数a=0.3257nm,c=0.52156nm,因此本文研究得到的氧化锌晶体为六方红锌矿结构。 (4) 通过大尺寸氧化锌晶体的照片研究表明,晶体像一根长针,说明晶体沿一个方向生长,从XRD看出,(000ι)为主要生长方向,这与通常报道的氧化锌具有沿+c轴取向生长的机理相同。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 引言
  • 1.2 氧化锌晶体的理化结构
  • 1.2.1 氧化锌晶体结构
  • 1.2.2 氧化锌能带结构
  • 1.2.3 氧化锌其它理化性质
  • 1.3 氧化锌的主要应用
  • 1.4 氧化锌晶体生长技术
  • 1.4.1 气相传输法
  • 1.4.2 化学气相沉积法
  • 1.4.3 水热法
  • 1.4.4 助熔剂法生长
  • 1.4.5 均匀沉淀法
  • 1.5 我国氧化锌工业现状
  • 1.5.1 生产情况
  • 1.5.2 氧化锌市场
  • 1.5.2.1 国内市场
  • 1.5.2.2 市场需求分析
  • 1.5.3 氧化锌工业存在的问题
  • 1.5.4 氧化锌工业的发展方向
  • 1.6 国内外研究动态及现状
  • 1.7 研究目标与内容
  • 1.7.1 研究目标
  • 1.7.2 研究内容
  • 1.8 小结
  • 第二章 晶体生长基本理论
  • 2.1 前言
  • 2.2 相变驱动力
  • 2.2.1 相变驱动力的一般表达式
  • 2.2.2 气相生长系统中的相变驱动力
  • 2.3 亚稳态
  • 2.4 过饱和度
  • 2.5 成核势垒
  • 2.5.1 均匀成核
  • 2.5.2 非均匀成核
  • 2.6 晶体成长模型
  • 2.6.1 完整界面生长理论模型
  • 2.6.2 螺旋生长理论模型
  • 2.6.3 负离子配位多面体生长基元理论模型
  • 2.7 晶面的发育
  • 2.7.1 布拉维法则
  • 2.7.2 居里-吴里弗原理
  • 2.7.3 周期性键链(PBC)理论
  • 2.8 氧化锌晶体的生长模型
  • 2.9 小结
  • 第三章 氧化锌晶体的研究方法及原理
  • 3.1 氧化锌晶体的试验流程
  • 3.2 试验原料
  • 3.3 试验设备
  • 3.4 试验条件
  • 3.5 试验装备
  • 3.6 试验原理
  • 3.7 试验方法
  • 3.8 小结
  • 第四章 试验研究及讨论
  • 4.1 引言
  • 4.2 影响因素
  • 4.2.1 氧化时间对产物形貌的影响
  • 4.2.2 空气流量对产物形貌的影响
  • 4.2.3 载流氮气流量对产物形貌的影响
  • 4.2.4 锌的挥发温度对产物形貌的影响
  • 4.2.5 氧化温度对产物形貌的影响
  • 4.2.6 其他影响因素
  • 4.3 氧化锌晶体的XRD图谱
  • 4.4 生长机理
  • 4.4.1 锌蒸气的氧化行为
  • 4.4.2 气体总流量的影响
  • 4.4.3 氧化温度的影响
  • 4.5 小结
  • 第五章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间发表的论文
  • 相关论文文献

    • [1].水热法合成Ga/Sc共掺氧化锌晶体[J]. 人工晶体学报 2018(02)
    • [2].毫米级氧化锌晶体的微波合成研究[J]. 武汉理工大学学报 2009(13)
    • [3].温度对气相传输法制备氧化锌晶体生长机制影响研究[J]. 人工晶体学报 2016(08)
    • [4].水热法合成In掺杂ZnO晶体[J]. 人工晶体学报 2010(S1)
    • [5].准薄膜状氧化锌晶体的制备温度与其结构和发射光谱的研究[J]. 材料导报 2010(02)
    • [6].聚合物包覆的氧化锌纳米晶体的制备和表面标定(英文)[J]. 四川大学学报(自然科学版) 2008(01)
    • [7].氧化锌晶体的低温热释光光谱[J]. 硅酸盐学报 2010(05)
    • [8].MeV He~+离子注入氧化锌晶体光波导特性研究[J]. 中国激光 2009(02)

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