白文采納化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備了磷摻雜p型ZnO納米線，況且用掃描電子顯微譜(SEM),拉曼譜(RM)，X光衍射譜(XRD)以及光致發(fā)亮譜對其性質(zhì)繼續(xù)表征；經(jīng)過“lift-off”合議制備了單根磷摻雜ZnO納米線的場效應(yīng)管，并對其電學(xué)性質(zhì)繼續(xù)表征，納米線的載流子深淺和遷徙率別離為1.51109cm-1和0.803cm2/(VS)。
ZnO是一種II-VI族間接寬禁帶復(fù)合物半超導(dǎo)體資料，室溫下,其禁帶幅度為Eg=3.37eV,旋片式真空泵激子禁錮能為60meV(GaN21meV),激子增值也能夠達成320cm-1。ZnO的該署非凡的光電性質(zhì)使其變成現(xiàn)實的室溫短跨度發(fā)亮器件資料，無望開收回ZnO基紫外探測器、發(fā)亮二極管(LED)、半超導(dǎo)體萊塞(LD)等，可寬泛用來光通信網(wǎng)絡(luò)、光電預(yù)示、光電貯存、光電轉(zhuǎn)化和光電探測等畛域。另外，ZnO納米構(gòu)造品種豐盛，制備工藝簡便，因此在納米電子學(xué)、納米光電子學(xué)以及生物高科技上面有很好的利用潛能。眼前，一些性能器件，如基于單根納米線的場效應(yīng)管[1]、生物探測器以及基于納米陣列的納米萊塞已被制備進去。然而，要失掉更多的性能器件，良好的p型ZnO納米線和良好的n型ZnO納米線都是不行或缺的。本征的ZnO納米線因為本征缺點（氧空位Vo，鋅間隙Zni）的存在，為電子導(dǎo)熱，呈n型，良好的n型ZnO結(jié)晶體比擬輕易失掉；p型ZnO納米線因為本征缺點對受主雜質(zhì)產(chǎn)生高低的自彌補作用，難以兌現(xiàn)p型轉(zhuǎn)變，不足良好的p型ZnO納米線已變成制約ZnO基納米器件停滯的瓶頸。1.試驗
以ZnO粉末和石墨粉末(純度為99.85%)混合物作為反響源，以P2O5作為磷源，以高純氬作為載氣，在管式爐中繼續(xù)反響，試驗安裝見圖1。采納p型（100）硅片作為基板，基板充足蕩滌后運用真空熱揮發(fā)步驟在硅片名義鍍一層約10nm厚的金膜，鍍膜時真空度為2×10-3Pa。將摩爾比為1：3的ZnO粉末和石墨粉末的混合物放入一端住口的石英管底部，將基片也放入石英管，與反響源的間隔為70mm，將石英管擱置于程度擱置的管式電阻爐(SK2–4-10)的候溫區(qū)，密封端對著進氣口。
圖1CVD合議制備磷摻雜ZnO納米線的安裝圖
反響時，先將石英管和磷源置于爐口，水環(huán)式真空泵向電阻爐通80sccm流量的高純氬氣60min，作為掩護氣體，接著以25℃/min的進度將熱度加熱至945℃，熱度達成后，將石英管移至電阻爐地方的候溫區(qū)，在945℃熱度下維持候溫30min繼續(xù)反響，反響實現(xiàn)后，將石英管拖至爐口，停留反響，使樣品做作結(jié)冰至室溫。存入樣品后發(fā)現(xiàn)基片海域有紅色絮狀物質(zhì)產(chǎn)生，即為所得磷摻雜ZnO納米線。
反響機制為氣液固(VLS)機制，如次：Au膜受熱構(gòu)成金液滴，ZnO被石墨還原構(gòu)成Zn蒸汽，放散至基板處，與氧源產(chǎn)生反響，在Au液滴的誘導(dǎo)作用下構(gòu)成ZnO納米線，與此同聲，P2O5受熱放散至基板上方，被還原，構(gòu)成磷蒸汽，隨著ZnO納米線的成長而摻雜出來。
方程式如次：
反響源海域：ZnO+C→Zn(g)+CO(g)
ZnO+CO(g)→Zn(g)+CO2(g)
基片海域：P2O5+C→P(g)+CO(g)
P2O5+Zn→P(g)+ZnO(g)
Zn(g)+CO2(g)→ZnO+CO(g)
(1-x)CO(g)+ZnO→ZnOx+(1-x)CO2(g)(0<x<1)
不加磷源，其它步調(diào)徹底相反，能夠制備本征ZnO納米。2、后果與探討：2.1、SEM形貌表征
圖2磷摻雜ZnO納米線的SEM圖
樣品的掃描電子顯微鏡照片如圖2所示，居中能夠看到，制備失去的ZnO納米線直徑約200-300nm，長短在10μm之上。2.2、Raman表征
圖3樣品1為本征的未通過退火解決的ZnONWS；2為P摻雜的但未退火的ZnONWS；3為通過退火解決的本征ZnONWS；4為P摻雜的且通過退火解決的ZnONWS；退火熱度800°C，退火工夫5秒鐘，80sccm氬氣氣氛下波數(shù)在437cm-1左右的峰為E2（high）聲子振動模[4-5]，比擬樣品1和2的Raman圖，可見，樣品1的E2(high)的峰位為436.64cm-1，樣品2的峰位為440.45cm-1，摻雜后峰位藍移了3.81cm-1，這是因為磷雜質(zhì)摻入ZnONWS，使ZnO晶格的應(yīng)力產(chǎn)生變遷造成的[5]，且磷原子團多以填隙的形式存在于ZnONWS中，對晶格產(chǎn)生壓應(yīng)力，從而使E2（high）峰位藍移。將樣品1和2別離退火失去樣品3和樣品4，由圖中可見，樣品3和4的E2（high）峰位別離為436.84cm-1和439.86cm-1，峰位藍移了3.02cm-1，小于退火前的3.81cm-1，這注明退火使全體磷原子團放散進入ZnO晶格，產(chǎn)生替位，從而使全體壓應(yīng)力失去開釋。
波數(shù)在576cm-1左右的峰是ZnO的A1(LO)聲子振動模[4-5]，是由氧空位，鋅間隙，雜質(zhì)等缺點導(dǎo)致的峰。在本征的ZnONWS中看得見某個振動格式，注明某個峰不是由氧空位，鋅間隙等本征缺點導(dǎo)致的，在退火前的磷摻雜納米線中也看得見某個峰，在退火后，某個峰才涌現(xiàn)，這注明退火前，磷雜質(zhì)是以填隙的形式存在的，尚未產(chǎn)生氧替位，退火內(nèi)中中，磷原子團取代氧原子團構(gòu)成新的化學(xué)鍵，從而涌現(xiàn)新的振動格式。
另外，在P摻雜且退過分的樣品中，在波數(shù)為556.53cm-1處，還涌現(xiàn)了新的峰位，眼前尚未發(fā)現(xiàn)無關(guān)此峰位涌現(xiàn)的起因的簡報，咱們覺得某個峰也是由摻雜導(dǎo)致的新的振動模。
樣品1，2，3，4的E2（high）的半高寬別離為15.288cm-1、15.602cm-1、18.303cm-1、19.306cm-1，比擬樣品1和2，E2(high)的峰的半高寬由15.288cm-1變?yōu)?5.602cm-1，展寬了0.314cm-1;比擬樣品3和4，其E2(high)的峰的半高寬由18.303cm-1變?yōu)?9.306cm-1，展寬了1.003cm-1。這注明磷雜質(zhì)的摻入是納米線的晶格構(gòu)造變差，從而使峰的半高寬展寬[4]。
更多技術(shù)文章
|
