Cu掺杂及Cu-N共掺杂ZnO纳米材料的制备、性能以及器件研究

【摘要】Cu掺杂的一维纳米氧化锌(ZnO)材料由于其在光学、电学及磁学等多个方面均具有独特的性质,尤其在光电器件及自旋电子学器件领域具有重大应用潜力,受到了研究者们的广泛关注。此外通过适当的共掺杂的方法可以有效的调节材料的性能。本文采用电化学沉积法(ECD)及化学气相传输(CVT)结合扩散的方法制备了ZnO以及ZnO:Cu纳米棒(线)阵列,并在此基础上制备了基于单根纳米线的场效应晶体管(FET),以及采用退火技术制备了Cu-N共掺的ZnO纳米棒阵列,系统的研究了其光学、电学及磁学性能,此外对Cu掺杂ZnO中磁性的起源做了初步探讨。本文主要研究内容如下：1.通过优化生长条件,采用电化学沉积法制备了晶体质量良好的ZnO及ZnO:Cu的纳米棒阵列,研究了在不同温度下退火对其光学性能的影响,发现在300℃退火后其晶体质量达到最优,缺陷最少；此外研究了不同Cu掺杂浓度下的磁学性能,在所有掺杂样品中我们都观察到了明显的室温铁磁性,并发现随掺杂浓度的提高室温铁磁性有减弱趋势。2.在电化学沉积法制备的ZnO:Cu纳米棒阵列的基础上采用在氮源气氛下退火的方法制备了Cu-N共掺杂的ZnO纳米棒阵列,确定了N的掺入,并研究了其磁学性能,发现共掺杂样品的室温铁磁性相对于Cu单掺样品有显著提高。3.采用化学气相传输结合扩散退火的方法制备了ZnO:Cu纳米线阵列,发现在低真空环境下扩散并在Ar气氛中退火的方法更有利于实现在ZnO体系中进行Cu的有效掺杂并不引入第二相,研究了后续退火对其光学、磁学性能的影响,结合电子自旋共振测试发现样品中除CuZn缺陷外,还有大量Vo和Zni出现。4.制备了基于单根纳米线的FET器件,研究了其电学性能,发现该法制备的纳米线为n型导电,但电子浓度较低,且随着Cu掺杂浓度的提高,有p型转变的趋势,此外发现了明显的光响应效应。5.对ZnO:Cu纳米线中铁磁性的来源进行了初步探讨,认为其主要与样品中发现的V。、Zn；和处于不同价态的CuZn缺陷有关,认为其可能是基于磁束缚极子模型的间接双交换机制作用的结果。
【作者】万尾甜；
【导师】朱丽萍；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】Cu掺杂ZnO；纳米线；共掺杂；室温铁磁性；单根纳米线FET；

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