MOCVD法生长ZnO纳米管及光学性能评价

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２８卷第４期　通化师范学院学报　Ｖ０１．２８№４　２００７年４月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＴＯＮＧＨＵＡ　ＴＥＡＣＨＥＲＳ　ＣＯＩｊ　ＧＥ　Ａｐｒ．２００７　ＭＯＣＶＤ法生长ＺｎＯ纳米管及光学性能评价　刘成有　（通化师范学院物理系。吉林通化１３４００２）　摘要：利用金属有机化合物气相￣，（ＭＯＣＶＤ）方法在Ａ】２０３（１　１　Ｏ）衬底上生长高质量的ＺｎＯ薄膜。在衬底温度４５ｏ℃及生　长舱压力４ｏ　Ｐａ的条件下。我们得到了ＺｎＯ蚺米管．利用ｘ射线衍射（ＸＲＤ）对样品的结构进行了分析，利用光致发光（ＰＬ）对样品的　光学性能进行了评价．　关麓词：金属有机化合物气相沉积；ＺｎＯ薄膜；生长温度；压力　中圈分类号：０４６９文献标识码：Ａ文章缩号：１００８—７９７４（２ｏｏ７）ｏ４—０００１—０３　收疆日期：２０ｏ７—０３—０２　基金项目：２００６年吉林省教育厅资助科研项目．　作者简介：刘成有（１９５９一），男。吉林自山人，通化师范学院物理系主任。教授。主要从事凝聚态物理及非线性光学的研究．　１　引言　Ａ１２Ｏ，衬底经有机溶剂超声清洗后用Ｎ２吹干放人生　ＺｎＯ是近年来倍受关注的Ⅱ一Ⅵ族直接带隙半　长舱．ｚｎ源在加热到５℃后由Ｎ２携带进入生长舱．　导体材料，室温下禁带宽度为３．３７　ｅＶ，激子束缚能　ｏ２和Ｎ２的流量分别为３０　ｓｃｃｍ和５　８ｃｃｍ．首先让生　为６０　ｍｅＶ，这一值不仅大于室温理解能，而且也高　长舱充入０２并保持相应的生长舱压力．然后逐渐增　于其它的半导体材料例如：ＧａＮ（２５　ｍｅＶ），ＺｎＳ（４０　加生长舱温度，达到预期的生长温度后保持稳态并　ｍｅＶ），ｚＩｌｓｅ（２２　ｍｅＶ）等．此外它具有较高的熔点，　将ｚｎ源导人生长舱，开始薄膜生长．薄膜的沉积时　具有较好的化学及热学稳定性．由于其优良的光电　间可根据设定自行调整，在我们的情况下我们为５０　特性，这一材料在紫外发光二极管，激光二极管，光　ｍｉｎ．生长结束后关闭ｏ２并使生长舱温度降低到１００　通信，光信息处理，太阳能电池，透明电极等领域有　℃以下时打开生长舱取出样品．实验中我们保持生　着重要的应用　，２】．　长舱温度为４５０￣Ｃ，舱内压力４０　Ｐａ．　迄今为止，人们已经利用了大量的物理或化学　３　结果分析　方法在各种衬底上生长ＺｎＯ薄膜，例如分子束外延　样品的表面形貌由扫描电镜考察，结果见图１　（ＭＢＥ）方法［　，射频磁控溅射（ＲＦ）方法［引，脉冲激　所示．图１（ａ）表示由样品顶部观察得到的俯视图，　光沉积（ＰＬＤ）方法　Ｊ，金属有机物化学气相沉积　图１（ｂ）表示将样品台旋转３０。后所观察到的样品侧　（ＭＯＣＶＤ）方法　】，溶胶一凝胶法（ｓｏｌ—ｇｅ１）等．这些　视图，所得到的样品为纳米管结构，管的直径约　方法各有特点，其中ＭＯＣＶＤ方法由于设备成本适　０．８ｖｍ，管长约为１　ｍ，我们可以见到部分纳米管已　中，生长薄膜质量高，适合于大面积生长且操作简单　出现倒塌，可见如果进一步增加生长时间，将有更　等倍受人们关注．　多的纳米管遭到破坏．　本文报道了利用ＭＯＣＶＤ方法在Ａ１２０３（１　１　２　０）　样品的晶体结构由ＸＲＤ获得，结果见图２所　衬底上生长ＺｎＯ薄膜的实验研究，在一定的生长温　示．由图２（ａ）可见在２０＝３４．４２。处观察到了较强　度及压力条件下，我们得到了非常均匀的ＺｎＯ纳米　的衍射峰，该峰值对应于ＺｎＯ晶体的（０　０　２）晶面．由　管．样品的结构特征由ｘ射线衍射谱（ＸＲＤ）分析，　于我们仅观察到唯一的衍射峰，这一结果说明我们　表面形貌由扫描电镜（ＳＥＭ）观察，光致发光谱（ＰＬ）　的样品具有ＺｎＯ单晶结构．样品的摇摆曲线也一并　用于研究ＺｎＯ薄膜的光学特性．　图示于同一图的右上角．该样品摇摆曲线的衍射峰　２实验　半宽度（ＦＷＨＭ）仅为０．３２。．图２（ｂ）给出ＺｎＯ薄膜（１　我们的ＭＯＣＶＤ系统已在其他文献中给出介　１　２　２）晶面的牵扫描测量结果，六个衍射峰的出现清　绍［　，简言之，二乙基锌（ｚｎ（ｃ２Ｈ５）２）和氧气作为生　楚的证明我们生长的ＺｎＯ具有较好的结晶性，其中　长体，生长舱温度及压力可根据需要自行调整．　Ｃ轴与衬底表面垂直．　・１・　维普资讯 http://www.cqvip.com ２０（ｄｅｇ）　图２（ａ）　ＺｎＯ薄膜的ＸＲＤ谱，右上角插入的是对应样品的摇摆曲线　（ａ）　由膜的项部观察得到的俯视图　图２（ｂ）　扫描曲线　（ｂ）　将样品台旋转３Ｏ。后得到的侧视图　图１　ＺａＯ薄膜的ＳＥＭ裹露形貌像　样品的光致发光特性（ＰＬ）由一台Ｈｅ—Ｃｄ（３２５　ｔｉｍ）激光器激发．经３０一Ｃｌｌｌ光栅光谱仪分光后由　ＣＣＤ检测．我们在温度范围４．３　３００　Ｋ内对样品的　ＰＬ特性进行了测量，结果见图３所示．由图可见低　温时ＰＬ谱在紫外区有两个发射峰，其中高能发射峰　来自于自由激子辐射（Ｅ＾），另一发射峰（Ａ。Ｘ）则来　自于中性受主束缚激子辐射，随着温度的升高，束缚　激子与自由激子的辐射强度发生明显的变化，在　、圈３在３．５　Ｋ～３００Ｋ湿度琵囝内ＺｎＯ纳米胃的光致发光光谮（ｎ．）　４结论　利用ＭＯＣＶＤ方法在Ａ１２０３（１　１　２　０）衬底上生长　ＺｎＯ薄膜，实验发现，在一定的温度及压力下我们可　２００　Ｋ时自由激子辐射超过束缚激子辐射，在室温时　我们仅可以观察到自由激子辐射．并且自由激子的　以得到ＺｎＯ纳米管结构，ＸｔｌＤ的结果显示，我们生　长的薄膜具有较好的结晶质量，ＸＲＤ测量（０　０　２）衍　射峰的半角宽度仅为０．３２。．样品具有较强的ｕＶ发　射能力及相当高的结晶质量．　辐射峰向低能端移动，发射峰变宽这说明随温度的　升高，束缚激子产生了热离．在低能端，我们没有观　察到低能辐射带，这说明我们的样品缺陷较小．　参考文献：　［１］Ｄ．Ｍ．Ｂａｇｎａｌｌ，Ｙ．Ｆ．Ｃｈｅｎ，Ｚ．Ｚｈｕ，Ｔ．Ｙａｏ，Ｓ．Ｋｏｙａｍａ，Ｍ．Ｙ．Ｓｈｅｎ，Ｔ．Ｇｏｔｏ，Ａｐｐ１．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７０（１９９７）２２３０．　［２］Ｐ．Ｙｕ，Ｚ．Ｋ．Ｔａｎｇ，Ｇ．Ｋ．Ｌ．Ｗｏｎｇ，Ｍ．Ｋａｗａｓａｋｉ，Ａ．Ｏｈｔｏｍｏ，Ｈ．Ｋｏｉｎｕｍａ，Ｙ．Ｓｅｇａｗａ，Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｃｏｍｕｕｎ．１０３（１９９７）４５６．　［３］Ｙ．Ｓｅｇａｗａ，Ａ．Ｏｈｔｏｍｏ，Ｍ．Ｋａｗａｓａｋｉ，Ｈ．Ｋｏｉｎｕｍａ，Ｚ．Ｋ．Ｔａｎｇ，Ｐ．Ｙｕ，Ｇ．Ｋ．Ｌ．Ｗｏｎｇ，Ｐｌａｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏ１．（ｂ）２０２（１９９７）６６９．　［４］Ｈ．Ｎａｎｔｏ，Ｔ．Ｍｉｎａｍｉ，Ｓ．Ｔａｋａｔａ，Ｐｌａｓ．Ｓｕｉｙｔ．Ｓｏ１．Ａ　６５（１９８１）ｋ１３１．　［５］Ｒ．Ｄ．Ｖｉｓｐｕｔｅ，Ｖ．Ｔａｌｙａｎｓｋｙ，Ｓ．Ｃｈｏｏｐｕｎ，Ｒ．Ｐ．Ｓｈａｒｍａ，Ｔ．Ｖｅｎｋａｔｅｓａｎ，Ｍ．Ｈｅ，Ｘ．Ｔａｎｇ，】．Ｂ．Ｈａｌｐｅｍ，Ｍ．Ｇ．ｓｐｅｎｃｅｒ，Ｙ．Ｘ．ｕ，Ｋ．Ａ．　Ｊｏｎｅｓ，Ａｐｐ１．Ｐｌａｙｓ．Ｌｅｔｔ．７３（１９９８）３４８．　［６］Ｓ．Ｙ．Ｍｙｏｎｇ，ｓ．Ｊ．Ｂａｉｋ，Ｃ．Ｈ．Ｌｅｅ，Ｗ．Ｙ．Ｃｈｏ，Ｋ．Ｓ．Ｌｉｍ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ１．Ｐｌａｙｓ．３６（１９９７）Ｌ１０８７．　［７］Ｃ．Ｙ．Ｉｊｕ，Ｂ．Ｐ．Ｚｈ，ｍｇ，ｅｔ　Ｓｏｅｏｎｄ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ＺｎＯ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍｓ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｂｙ　ｍａｔｅｌｏｒｇａｎｉｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ，２３７　（２０Ｏ４）６５—７０．　（下转第５页）　－　２　－　维普资讯 http://www.cqvip.com 通过理论计算，水中微气泡的光散射特性比较　复杂，在一定的条件下也出现明显的规律性．　（１）用０．６５ｔｔｍ到０．４８８ｐ．ｍ偏振光做为光源时，　散射光是部分偏振的，即出现退偏振现象，而在气泡　半径较小时，在９０。方向仍能观察到线偏振光．　（２）水中的微气泡前向散射占主导地位，且在一　定入射波长下，相对散射光强与气泡半径呈线性关　图５背向散射光强与气泡半径的关系曲线　系，根据这一规律，可以通过激光小角散射测量气泡　的半径大小．　４结论　参考文献：　［１】田贵才，陈海霞．大气汽溶胶复合微粒子的光学截面及红外发射率光谱的计算［Ｊ】．ｇｔｆｆ－与分子物理学报，２００３（１）．　［２］田贵才．Ａ１２０３／Ｃ复合微粒子散射强度分布的计算［Ｊ］．原子与分子物理学报，２００１（３）．　［２】田贵才．术介质中Ａ１２０３一Ｃ复合微粒子的光学截面及红外发射率光谱的计算［Ｊ】．吉林大学自ｔ￣＇Ｐｌ－学学报。２００１（２）　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｌａｓｅｒ　Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｂｕｂｂｌｅｓ　ＺＨＡＮＧ　Ｙｕ—ｓｈｉ　ｅｔ　ａｌ　（Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＺａｏｚｈｕａｎｇ　Ｃｏｌｅｌｇｅ，Ｚａｏｚｈｕａｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２７７１６０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｌａｓｅｒ　ｓａｃｔｔｅｒｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｍｉｃｍｂｕｂｂｌｅｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｉｅ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ａｑｕｅｏｕｓ　ｍｅｄｉｕｍ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｏｆ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｌｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ａｎｇｌｅ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｂｕｂｂｌｅｓ　ｒａｄｉｕｓ．　ｒＩ１ｌｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｏｆ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｂｕｂｂｌｅｓ　ｒａｄｉｕｓ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｌｉｎｅａｒ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ａｔ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ．Ｔｈｉｓ　ｗｏｒｋ　ｃａｎ．ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｆ　ｏｒ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｍｉｃｍｂｕｂ—　ｂｌｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄ：Ｍｉｅ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ；ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ；ｍｉｃｍｂｕｂｂｌｅ　（上接第２页）　ＺｎＯ　Ｎａｎｏｔｕｂｅ　Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｂｙ　ＭＯＣＶＤ　Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ＬＩＵ　Ｃｈｅｎｇ—－ｙｏｕ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，％，　Ｔｅａｃｈｅｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔｏｎｇｈｕａ，Ｊｉｌｉｎ　１３４００２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ＺｎＯ　ｆｉｌｍｓ　ｗｅｒｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｂｙ　ｍｅｔａｌ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＭＯＣＶＤ）ｍｅｔｈ０　ｏｎ　ｓｕｂ—　ｓｔｒａｔｅ　Ａ１２０３（１　１　０）．Ｔｈｅ　ｉｆｌｍ　ｗｉｈｔ　ｎａｎｏｔｕｂｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｗａｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｔ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　４５Ｏ℃ａｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　４０　Ｐａ．３＂ｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｂｙ　ＸＲＤ　ａｎｄ　ＰＬ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅｔｌａ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＭＯＣＶＤ）；ＺｎＯ　ｆｉｌｓ；ｇｒｍｏｗｔｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ　・　５　・