ZnMgO纳米结构文献综述上交.doc

ZnMgO纳米结构的制备及其特性研究 摘要：本文综述了ZnO纳米材料的研究现状和进展，以及ZnO纳米材料的制备方法，并介绍了掺杂ZnO纳米材料的研究进展，其中着重介绍了Mg掺杂的研究现状及进展情况，根据这些研究背景，总结出自己选题开展的目的及意义，并根据具体情况制定出科研计划等。 关键词：ZnO纳米材料；Mg掺杂；纳米材料制备方法；CVD 0.引言 近几年来，一维半导体纳米材料的制备得到了越来越多的关注，主要是因为其独特新颖的性质在纳米器件和纳米电路上的广泛应用[1-3]。目前已经制备出各种各样的纳米结构如Si、Ge、GaN、Ti02等半导体材料，并且证实了这些纳米材料在太阳能电池、光电器件等诸多领域有广泛的应用。作为一种重要的直接宽带隙半导体材料，ZnO除了具有优异的光学和电学性能外，同时还具有压电性能、气敏性能、场致发射效应、储氢性能等，是目前国际上研究最多的一种半导体材料。为了改变氧化锌（ZnO）纳米材料的能级结构，从而达到改变电磁性能和光电性能的目的，近年来在氧化锌（ZnO）纳米材料中掺入Fe，Co，Ni等磁性金属或Mg，Cu等非磁性金属成为了研究的热点[4-9]。本文主要综述了氧化锌（ZnO）纳米材料的基本性质、制备方法、掺杂现状及掺杂的纳米材料的性能、应用前景等。 1.ZnO的基本性质 ZnO在自然条件下属于六方纤锌矿结构，氧原子作六方最紧密堆积，锌原子填充1/2相邻4个氧原子构成的四面体空隙。分子结构型介于离子键与共价键之间。ZnO沿C轴方向具有很强的极性，（001）面和（00）面为两个不同的极性面。ZnO具有较优的压电性，从而使它在压电器件方面有广泛的应用。[10] ZnO在常温下激子束缚能为60meV，大于室温下的热能26emV，也大于其他宽禁带半导体材料（如GaN为24mev），这意味着ZnO激子在室温下是稳定的，能够在室温下或更高温度下实现高效率的激子受激发射。ZnO的禁带宽度为3.37eV，发射波长相近于近紫外波长368nm，所以ZnO在短波发光器件方面具有很大的应用潜力，如蓝光或紫外发光二极管和激光器。[11-13] ZnO通过掺杂可以成为p型半导体，n型或p型掺杂的ZnO可实现同质或异质pn结，从而使它在太阳能电池、薄膜晶体管、紫外/蓝光发光器件等光电器件领域得到应用。[13-14]ZnO具有光催化、光电转换效应，从而使它像TiO2一样在染料敏化太阳能电池、有机催化降解方面得到应用。[15]此外，ZnO薄膜或纳米结构还广泛应用于气体敏感器件、表面声波器件(SAW)、纳米压电发电机等。[16-18] 2.ZnO纳米材料的特殊结构 ZnO具有丰富的结构形态，例如大块单晶、薄膜、纳米结构等。ZnO的特殊性质使得其在生长过程中很容易形成各式各样的纳米结构。文献表明，ZnO纳米结构是迄今为止纳米形态最多的材料之一，包括量子点、纳米线纳米棒、纳米管、纳米带、纳米环、纳米盘、纳米梳等[19-23]，这些纳米结构显现出许许多多种的优异性质。这些特殊形貌的ZnO纳米结构在今后的应用中有很大的价值，在制备光电子器件等方面将发挥重要作用[24-30]。 目前对ZnO的研究主要集中在纳米结构的制备、ZnO纳米材料性能的改良和应用以及ZnO的掺杂。通过掺杂实现ZnO纳米材料由n型向p型转变，同时可以改善电学性能。在ZnO纳米材料中掺入少量Mg，让Mg原子取代部分Zn，这样制备的ZnMgO纳米材料既保持了ZnO六方纤锌矿结构还能通过控制Mg的含量调节禁带宽度[31]。 3. ZnO纳米材料的掺杂研究现状 对半导体材料进行有选择的掺杂，可以改变其光学、电学、磁学等性质。对于ZnO来说，杂质的掺入可以使ZnO的晶格常数增大，晶格对称性降低。适量的掺杂还可以改变ZnO的禁带宽度，对于获得不同波长的光是有很大帮助的。目前人们对ZnO纳米材料的掺杂研究也越来越重视。 3.1 不同掺杂元素ZnO纳米材料的研究 本征ZnO中的缺陷主要有间隙原子(Zni、Oi)、空位(Vzn、Vo)和替位原子(Zno、Ozn)缺陷等。关于这些本征缺陷对于ZnO的电学性能所起的作用还存在争议，但基本可以肯定的是：Zni、Vo和ZnO为施主型缺陷，而Oi、Vzn和Ozn为受主型缺陷，并且在这六种缺陷中，Zni和Vo起着最重要的作用，是导致本征ZnO呈n型的主要原因[32]。因此对ZnO进行n型掺杂是非常容易实现的，比较常用的掺杂剂为Al[33]、Ga[34]等，得到的n型ZnO的电子浓度比较高并且容易控制。目前，n型掺杂ZnO的研究已经取得了很大的进展，这将促进ZnO在光发射二极管，太阳能电池等领域的应用。尤其是在薄膜中掺入Al后，薄膜的电阻率大大减小，透光率进一步提高，可作为透明电极和窗口材料。然而另一方面，ZnO的p型掺杂是一直困扰人们的难题。迄今为止，已经