PDF《ZnO 纳米结构制备及其器件研究》

第4卷第3期2009 年3月157 ZnO 纳米结构制备及其器件研究 冯怡,袁忠勇 (南开大学新催化材料科学研究所,天津 300017) 摘要:综述了氧化锌纳米材料制备技术和器件应用的研究进展,着重介绍了氧化锌的气相和液相合成方法, 并讨论了一些重要的生长条件控制因素, 同时总结了纳米氧化锌作为一种新型功能材料在场效应晶体管、 肖特 基二极管、紫外光探测器、气敏传感器、纳米发电机等领域的应用及发展前景.

关键词:氧化锌;

纳米结构;

纳米器件 中图分类号:O175.29 文献标识码:A 文章编号:1673-7180(2009)03-0157-13 Zinc Oxide nanostructures: fabrications and applications FENG Yi,YUAN Zhongyong (Institute of New Catalytic Materials Science, Nankai Unviersity, Tianjin 300071,China) Abstract: This paper reviews the current studies of ZnO nanostructures, fabrication, and novel device applications. It generalizes multiple ZnO nanostructures that have been synthesized in strategies of liquid phase and vapor phase, as well as some important reaction parameters which could control ZnO growth are also emphatically introduced. Due to the unique material, Zinc Oxide also exhibits a range of remarkable potential applications in fuctional devices such as Field-Effect-Transistor, Schottky diode, UV-optical detector, Gas sensor and Nanogenerator, which have profound impacts in future development. Key words: ZnO;

nanostructure;

nanodevice

0 引言ZnO 是一种重要的 II-IV 族直接带隙宽禁带半导 体材料.室温下能带带隙为 3.37 eV,激子束缚能高达

60 meV(GaN :

25 meV, ZnSe :

22 meV),能有效工作于室 温(26 meV)及更高温度,且光增益系数(300 cm-1 )高于 GaN(100 cm-1 )[1] ,这使 ZnO 迅速成为继 GaN 后短波半 导体激光器件材料研究新的国际热点. 而当其尺寸达到 纳米数量级时,与普通 ZnO 相比,纳米 ZnO 展现出许 多优异和特殊的性能,如压电性能、近紫外发射、透明 导电性、生物安全性和适应性等,使得其在压电材料、 紫外光探测器、场效应管、表面声波、太阳能电池、气 体传感器、生物传感器等领域拥有广阔的应用前景[2] . 由于氧化锌独特的结构特点决定了 ZnO 在众多氧 化物半导体中是一种形态极为丰富的材料.目前,各种 形貌、维数的 ZnO 纳米结构的制备和表征已在世界范 基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金(20070055014);

国家自然科学基金(20673060);

天津市自然科学基金 (08JCZDJC21500);

教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-06-0215) 作者简介:冯怡(1984- ),女,硕士研究生 通信联系人:袁忠勇,教授,zyyuan@nankai.edu.cn 中国科技论文在线 Sciencepaper Online 第4卷第3期2009 年3月158 中国科技论文在线 Sciencepaper Online 围内受到人们的极大关注.ZnO 纳米点、纳米线、纳米 棒、纳米管、纳米花、纳米弹簧、纳米环、纳米梳、纳 米钉等多种结构已被成功制备出来, 这些丰富的形貌使 其具有一些独特的优异性能并有望在纳米器件及微电 子设备等方面发挥重要作用. 本文综述了近年来关于纳米氧化锌的制备方法、 控 制因素及其在各领域内的最新应用.

1 氧化锌的结构及物理特性 1.1 氧化锌的晶体结构 ZnO 有3种不同的晶体结构. 如图

1 所示, 在自然 条件下, ZnO 以单一的六方纤锌矿结构稳定存在, 晶体 空间群为 C4 6v-P63mc.室温下,当压强达

9 GPa 时,纤 锌矿结构 ZnO 转变为四方岩盐矿结构,体积相应缩小 17%[3] . 闪锌矿结构 ZnO 只在立方相衬底上才可稳定存 在.Jeffee 等[4] 根据第一性原理计算得出 ZnO 各晶体结 构的总能量分别为纤锌矿结构-5.658 eV,闪锌矿结构 -5.606 eV,岩盐矿结构-5.416 eV. 图1ZnO 晶体结构 Fig.