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用纳米球类光刻技术可控制备ZnO纳米点的研究

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目录

文摘

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第一章前言

第二章文献综述

2.1 ZnO材料的基本特点

2.2低维纳米结构材料

2.3 ZnO量子点的性质

2.3.1量子尺寸效应

2.3.2表面效应

2.3.3量子限域效应

2.3.4 ZnO量子点的光学性能

2.3.5 ZnO量子点的热学稳定性

2.4 ZnO量子点的应用

2.4.1量子点激光器

2.4.2单电子隧穿器件

2.5 ZnO量子点的生长制备

2.5.1 ZnO量子点的制备技术

2.5.2 ZnO量子点的生长机理

2.6制备ZnO量子点的难点

2.7纳米球类光刻技术

2.7.1纳米球类光刻技术的介绍

2.7.2纳米球类光刻技术的应用

2.8课题的提出及意义

第三章ZnO纳米点的制备

3.1实验内容

3.2自组装单层聚苯乙烯纳米球

3.2.1衬底处理的影响

3.2.2提拉的影响

3.3沉积ZnO后的模板

3.4形成的ZnO纳米点

第四章ZnO纳米点的性能表征

4.1形貌表征

4.1.1场发射扫描电镜图(SEM)

4.1.2原子力显微镜(AFM)

4.2成分分析(EDS)

4.3晶体结构分析(XRD)

4.4光致发光谱分析(PL)

4.5 ZnO纳米点的退火处理

4.6本章小结

第五章实现ZnO纳米点的可控制备

5.1改变PS球的尺寸实现纳米点的可控生长

5.2改变沉积时间实现纳米点的可控生长

5.3本章小节

第六章其它ZnO纳米结构的制备

6.1蜂窝状ZnO纳米结构的制备

6.1.1衬底的选择

6.1.2沉积方法对形貌的影响

6.2规则排列的ZnO纳米结构的性能表征

6.2.1晶体结构测试(XRD)

6.2.2成分分析(EDS)

6.2.3紫外分光光度计分析(UV-vis)

6.3规则排列的ZnO纳米结构的研究意义

6.3.1光子晶体性质

6.3.2仿生结构

6.3.3进一步的研究计划

6.4本章小结

第七章结论

参考文献

硕士期间科研成果

致谢

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摘要

ZnO作为一种宽禁带半导体材料,在发光器件、透明电极、光探测、压电转换等领域备受关注。和体材料相比,ZnO纳米点由于量子效应具有更大的带隙能量和更高的激子束缚能,使得纳米器件的性能更加优异,目前自组织方法生长的ZnO量子点分布、密度和尺寸都是随机的,不均匀的纳米点的受限能级弥散在一定范围之内,造成很大的发光展宽,降低了器件的性能。因此为了提高ZnO纳米点的均匀性,实现尺寸和密度的可控生长,提出用纳米球类光刻技术制备ZnO纳米点。 本文首先介绍了量子点和纳米球类光刻技术的研究现状,并将其联系起来,首次在室温下用纳米球类光刻技术直接生长出ZnO纳米点,呈规则周期排列,研究了其发光性能,并重点研究了通过改变沉积时间,实现ZnO纳米点的尺寸可控生长。其中主要的研究结果如下: 1.在室温下,用纳米球类光刻技术结合电子束蒸发在Si(100)衬底上得到了呈六边形周期排列的.ZnO纳米点,形貌为类三角形,边长约100 nm,密度约为1.25×10<'9> cm<'-2>沉积时间为1 min时,原子力显微镜测出ZnO纳米点的高度约为5 nm;XRD测试表明ZnO纳米点具有良好的c轴取向性;室温光致发光谱测试表明其能带相对于ZnO薄膜蓝移了74 meV,低温下(12 K)蓝移60 meV。 2.利用纳米球类光刻技术,通过改变电子束蒸发的沉积时间,可以控制ZnO纳米点的大小。随着生长时间从1 min增长到2 min到3 min,ZnO纳米点的厚度增加,室温光致发光谱测试表明,自由激子束缚能从3.378 eV降低到3.354 eV到3.314 eV,和ZnO薄膜相比,表现出了不同程度的蓝移。另外还可以通过改变模板中纳米球的大小,实现ZnO纳米点的位置和密度可控。 3.用纳米球类光刻技术结合不同的沉积方法,得到不同形貌的ZnO纳米材料,磁控溅射沉积后得到规则排列的网状ZnO纳米材料,脉冲激光法沉积后得到多孔状ZnO纳米材料,这种规则排列的网状和多孔状纳米结构可能具有光子晶体的性能,在光学器件和光通讯上有重要的用途。

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