白文采納化學氣相沉積法(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)以及光致發亮譜對其性質繼續表征;經過“lift-off”合議制備了單根磷摻雜ZnO納米線的場效應管,并對其電學性質繼續表征,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族間接寬禁帶復合物半超導體資料,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使其變成現實的室溫短跨度發亮器件資料,無望開收回ZnO基紫外探測器、發亮二極管(LED)、半超導體萊塞(LD)等,可寬泛用來光通信網絡、光電預示、光電貯存、光電轉化和光電探測等畛域。另外,ZnO納米構造品種豐盛,制備工藝簡便,因此在納米電子學、納米光電子學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,為電子導熱,呈n型,良好的n型ZnO結晶體比擬輕易失掉;p型ZnO納米線因為本征缺點對受主雜質產生高低的自彌補作用,難以兌現p型轉變,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,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,在945℃熱度下維持候溫30min繼續反響,反響實現后,將石英管拖至爐口,停留反響,使樣品做作結冰至室溫。存入樣品后發現基片海域有紅色絮狀物質產生,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膜受熱構成金液滴,ZnO被石墨還原構成Zn蒸汽,放散至基板處,與氧源產生反響,在Au液滴的誘導作用下構成ZnO納米線,與此同聲,P2O5受熱放散至基板上方,被還原,構成磷蒸汽,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,這是因為磷雜質摻入ZnONWS,使ZnO晶格的應力產生變遷造成的[5],且磷原子團多以填隙的形式存在于ZnONWS中,對晶格產生壓應力,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,產生替位,從而使全體壓應力失去開釋。
波數在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,雜質等缺點導致的峰。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,這注明退火前,磷雜質是以填隙的形式存在的,尚未產生氧替位,退火內中中,磷原子團取代氧原子團構成新的化學鍵,從而涌現新的振動格式。
另外,在P摻雜且退過分的樣品中,在波數為556.53cm-1處,還涌現了新的峰位,眼前尚未發現無關此峰位涌現的起因的簡報,咱們覺得某個峰也是由摻雜導致的新的振動模。
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變為15.602cm-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變為19.306cm-1,展寬了1.003cm-1。這注明磷雜質的摻入是納米線的晶格構造變差,從而使峰的半高寬展寬[4]。
更多技術文章
|