ZnO纳米棒的图形化生长及其场发射特性

介绍了用氢离子注入技术和阳极腐蚀方法在硼掺杂p-(100)型硅晶片上制备图形化的纳米硅(SiNC)薄膜工艺,并在这种图形化衬底上成功生长了图形化的ZnO纳米棒.场发射测试表明制备的ZnO纳米棒具有良好的场发射性能,即具有较低的开启电场和阈值电场,较高的发射点密度.     

ZnO纳米棒的图形化生长及其场发射特性

介绍了用氢离子注入技术和阳极腐蚀方法在硼掺杂p-(100)型硅晶片上制备图形化的纳米硅(SiNC)薄膜工艺,并在这种图形化衬底上成功生长了图形化的ZnO纳米棒.场发射测试表明制备的ZnO纳米棒具有良好的场发射性能,即具有较低的开启电场和阈值电场,较高的发射点密度.     

图形化氧化锌阵列的制备及其场发射性能研究

为了减小场发射的屏蔽效应,采用图形化技术对氧化锌(ZnO)纳米枝阵列进行调控,并研究图形化ZnO枝阵列的性能。首先采用光刻法在ITO导电玻璃上制备图形化ZnO种子层,再用电沉积法在图形化种子层上生长ZnO纳米枝阵列。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)研究所制备的图形化ZnO阵列形貌、结构等,并测试其场发射性能。研究结果表明,制备的图形化ZnO纳米枝是圆阵列,直径为330μm左右,纳米ZnO主干平均直径为400~500nm,发现主干上有一些精细的类似锥状的纳米量级微细枝结构,并且具有良好的场发射性能,开启场强为2.15V/μm,场增强因子为16 109。该图形化生长ZnO阵列阴极的方法是一种能较好改善材料场发射性能的方法,在场发射应用领域表现出较好的前景。     

热CVD法制备的碳纳米管线阵列的场发射特性

采用半导体光刻技术在硅衬底上获得图形化掩膜,然后用热化学气相淀积(T-CVD)的方法制备了图形化的碳纳米管线阵列,用扫描电镜和拉曼光谱仪对碳纳米管进行了表征.研究了图形化碳纳米管线阵列的场发射特性,并与无图形化处理的碳纳米管薄膜样品的场发射特性进行了比较.当发射电流密度达到10 μA/cm2时,无图形化处理的碳纳米管薄膜、10 μm碳纳米管线阵列以及2 μm碳纳米管线阵列样品的开启电场分别为3 V/μm、2.1 V/μm和1.7 V/μm;而当电场强度达3.67 V/μm时,相应的电流密度分别为2.57 mA/cm2、4.65 mA/cm2和7.87 mA/cm2. 实验结果表明,图形化处理后的碳纳米管作为场发射体,其场发射特性得到了明显的改善.对改善的原因进行了分析和讨论.     

ZnO纳米棒的低温生长及光致发光性能

采用化学溶液沉积法在ITO导电玻璃上制备近一维ZnO纳米棒.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光谱(PL)对样品进行表征,研究了不同Zn2+摩尔浓度和不同生长时间对样品的结构、形貌和光致发光性能的影响.结果表明,所制备的ZnO纳米棒为纤锌矿结构并沿c轴择优取向生长.另外,随着Zn2+摩尔浓度的增加,纳米棒的直径增大.当Zn2+摩尔浓度为0.1M时,ZnO纳米棒的直径和长度都随生长时间的增加而增加.PL测试表明,样品均具有良好的发光性能,并且ZnO纳米棒的结晶质量随着Zn2+摩尔浓度和生长时间的增加均有所提高.     

种子辅助化学法合成ZnO纳米棒及其表征

低温条件下(95℃),采用ZnO种子辅助化学反应法,成功制备了宏量直、细的ZnO纳米棒;用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等分析手段对纳米棒的结构和形貌进行了表征;同时还对ZnO纳米棒的形成机理作了分析;并以ZnO纳米棒作为光催化荆,对甲基橙(MO)溶液进行了光催化实验.结果表明,ZnO与Zn源的摩尔比对ZnO纳米棒的形貌影响很大,PVA通过空间位阻效应控制ZnO纳米棒的长度,ZnO纳米棒有较好的光催化活性.     

图形化硅纳米线阵列场发射阴极的制备及其场发射性能

结合光刻工艺和金属援助硅化学刻蚀法成功地制备了图形化的硅纳米线阵列场发射阴极,研究了其场发射性能。扫描电子显微镜照片显示,嵌入在硅衬底的硅纳米线阵列为垂直取向,形成图形化。场发射测试与分析表明,该阴极能够有效实现场电子发射,并且有利于获得图形化、低发散角的电子束。本研究提供了一种在硅基底上简单、有效地选域制备图形化硅纳米线阵列场发射阴极的途径,可潜在用于构筑各种真空微电子器件。     

氧化锌纳米结构的制备及其生长机理

将利用射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上沉积的锌膜进行热氧化后,得到一维ZnO纳米棒.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)研究了ZnO纳米棒的结构及表面形貌.实验结果表明上述ZnO纳米棒具有六角纤锌矿结构.金属Zn从SiO2基质中析出和O2发生反应在薄膜表面形成低维ZnO纳米棒.讨论了退火温度及退火时间对ZnO纳米棒形成的影响,并对其生长机制作了初步的探讨.     

水热法制备氧化锌纳米棒

以Zn(NO3)2·6H2O,Zn,CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)和N2 H4·H2O等为原料,采用水热法和改进的水热法,在180℃制备了氧化锌(ZnO)纳米棒束及纳米棒阵列薄膜.用XRD,SEM,FE-SEM及HR-TEM对样品进行了表征.具有六方纤锌矿结构的ZnO纳米棒直径在40～80nm左右.以负离子配位多面体生长基元理论讨论了ZnO晶体的生长过程及反应条件对ZnO形貌的影响.样品光致发光谱测试结果表明,纳米棒束、阵列具有强的紫紫外光发射峰和不同强度的蓝绿光发射峰.     

Al掺杂对ZnO纳米结构阵列的影响

采用脉冲电磁场辅助水热合成法制备了高比表面积、高能面暴露的ZnO纳米片阵列,通过场发射扫描电镜(FESEM)、X线衍射(XRD)及X线光电子能谱(XPS)等手段测试纳米结构阵列的性能。结果表明,经过Al掺杂后的ZnO纳米结构由棒状转变为六边形的片状结构,当Al的摩尔分数为1%时,纳米片彼此交错,组织均匀,垂直于衬底,与传统纳米棒相比,纳米片具有更大的比表面积及更多暴露的高能晶面,并对纳米棒向纳米片的转变机理进行了详细的分析和探讨。     

表面形貌对定向氧化锌阵列场致发射性能的影响

采用热蒸发的方法生长不同形貌的ZnO纳米材料。通过调节反应温度和氧气流量,生长了梳状ZnO ,ZnO纳米针和ZnO纳米柱状。场致发射测试结果表明一维纳米ZnO材料的表明形貌对其开启电场和发射电流有很大的影响。ZnO纳米柱阵列的开启电场最低,电流密度最大。这是由于它与衬底的良好接触以及较弱的场屏蔽效应。实验结果表明ZnO纳米柱阵列是一种优良的场致发射器件的冷阴极材料。     

ZnO nanotips grown on Si substrates by metal-organic chemical-vapor deposition

The ZnO nanotips are grown on silicon and silicon-on-sapphire (SOS) substrates using the metal-organic chemical-vapor deposition (MOCVD) technique. The ZnO nanotips are found to be single crystal and vertically aligned along the c-axis. In-situ Ga doping is carried out during the MOCVD growth. The ZnO nanotips display strong near-band edge photoluminescence (PL) emission with negligible deep-level emission. Free excitonic emission dominates the 77-K PL spectrum of the as-grown, undoped ZnO nanotips, indicating good optical properties and a low defect concentration of the nanotips. The increase of PL intensity from Ga doping is attributed to Ga-related impurity band emission. Photoluminescence quenching is also observed because of heavy Ga doping. ZnO nanotips grown on Si can be patterned through photolithography and etching processes, providing the potential for integrating ZnO nanotip arrays with Si devices.     

热氧化法制备ZnO纳米棒及其结构表征

在无催化剂条件下,采用热蒸发Zn源,以N2为载气体,在SiO2衬底上反应沉积制备出单晶氧化锌纳米棒。XRD研究表明纳米棒为结晶完好的纤锌矿结构,并且为非定向生长,非定向生长的氧化锌纳米棒减弱了棒之间的屏蔽效应,表现出较好的场发射效果,为未来场发射电子器件的实际应用提供了可靠依据。     

锌衬底上直接生长密度可调的氧化锌纳米棒阵列和场发射特性

在锌衬底上制备了取向生长、形貌各异、不同密度的氧化锌纳米棒阵列.研究发现,氧化锌纳米棒在温度低于70℃、适量的碱性溶液、大气压下能够在锌衬底上大规模制备,并且氧化锌纳米棒的直径,在锌衬底上的密度和形貌完全依赖于氢氧化钠和硝酸锌的浓度.场发射测试表明:氧化锌纳米棒阵列开启电场较低(电流密度达1μA/cm2时场强仅为3.8 V/μm),显示了氧化锌纳米棒阵列在场发射方面的潜在应用.     

热氧化磁控溅射金属锌膜制备ZnO纳米棒

利用射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备金属锌膜 ,在空气中退火热氧化合成了一维ZnO纳米棒。用X射线衍射 (XRD) ,扫描电子显微镜 (SEM) ,透射电子显微镜 (TEM)和光致发光谱 (PL)对样品进行了结构、形貌及光学特性分析。结果表明 :ZnO纳米棒为六方纤锌矿结构单晶相 ,直径在 30～ 6 0nm左右 ,其长度可达5～ 8μm左右。在 2 80nm波长光激发下 ,有很强的 372nm带边紫外光发射和较微弱的 5 16nm深能级绿光发射 ,说明合成的单晶ZnO纳米棒的质量较高     

AZO种子层朝向对ZnO纳米棒形貌和发光特性的影响

在水平管式炉中,采用热蒸发锌粉的方法,在镀有掺铝氧化锌(AZO)薄膜的石英基片上制备了大量高密度的ZnO纳米棒,AZO膜面分别正对和背对锌源。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及荧光光谱仪分析AZO膜面朝向对ZnO纳米棒的形貌、微结构及光学性能的影响。结果表明,不同朝向的AZO膜面上所生长的纳米棒具有相似的形貌和微结构。保温时间10min样品的氧空位的缺陷态发光为绿光,强度较强;保温时间15min样品的纳米棒长度较长、相对垂直衬底,其近带边发光较强,氧间隙的缺陷态发光较弱。正对锌源衬底上且保温时间15min样品的近带边发光最强,且缺陷态发光最弱。     

溶液浓度对ZnO纳米棒形貌和发光的影响

为了获取高质量、高取向排列规则的ZnO纳米棒,玻璃衬底预先用脉冲激光沉积方法制备一层ZnO薄膜作为籽晶层,应用水热法在玻璃衬底上生长ZnO纳米棒。探究了籽晶层及不同溶液浓度对ZnO纳米棒结构和发光的影响,用扫描电子显微镜和X射线衍射仪测量样品的形貌和结构,用组建的光致发光测试系统对样品的室温光致发光光谱进行测定。结果表明,ZnO纳米棒具有高度取向且分布致密均匀;光致发光光谱显示ZnO的近带边发射比深能级发光略低;随着溶液浓度的增加,近带边发光和深能级发光相对强度的比值依次降低。     

Influence of morphologies on the field emission performance of oriented ZnO nano-arrays

Different morphologies of comb-like ZnO and oriented ZnO nano-arrays such as ZnO nanoneedles and ZnO nanorods were synthesized by using flexible thermal evaporation method via simply adjusting the temperature and oxygen content.The ZnO nanorods arrays have the lowest turn-on field,highest current density and the largest emission efficiency owning to its good contact with the substrate and relatively weaker field screening effects. The experiments show that the morphologies and orientation of one-dimensional(1D) ZnO nanomaterials have considerable effects on the turn-on field and the emission current density,and the nanoarray also contributes to electrons emission.The results could be valuable for the application of ZnO nanorod arrays as cathode materials in field emission based devices.     

热氧化磁控溅射金属锌膜合成一维ZnO纳米棒

利用退火热氧化射频磁控溅射金属锌膜的方法在Si(111)衬底上制备了一维ZnO纳米棒,同时用多种测试手段对样品的晶体结构、表面形貌和光学性能进行了研究.XRD,SEM和TEM的测试结果表明,ZnO纳米棒为单晶相六方纤锌矿结构,呈头簪状向外发散生长,直径在30～60nm左右,其长度可达几μm.PL谱测试结果表明:在波长为280nm光的激发下,在372nm处有强的近带边紫外光发射和516nm处的较微弱深能级绿光发射.说明合成的一维ZnO纳米棒的结晶质量和光学性能优良.