目 录
1 绪论 1
1.1 纳米材料的简介 1
1.2 ZnO的基本性质 2
1.3 纳米ZnO的应用 3
1.4 本课题研究内容 4
1.5 本课题研究的目的与意义 4
2 实验部分 5
2.1 实验原理 5
2.2 实验原料和仪器 5
2.3 实验步骤 6
3 结果与讨论 15
结论 18
致 谢 19
参考文献 20
1 绪论
半导体材料具有半导体功能，可用于制备半导体器材和集成电路的电子材料，它支撑着计算机、通迅等电子信息产业的进步。半导体材料的发展经历了三个阶段，第一代以硅(Si)类材料为代表的半导体材料，它的出现促进了以集成电路为核心的微电子产业和整个IT产业的发展与飞跃。但是，尽管硅材料现在仍是电子信息产业最主要的基本材料，正是因为它的物理性质反而限度了其在光电子和高频高功率器件上的利用。第二代以砷化镓(GaAs)为代表的半导体材料，它使半导体的应用进入了光电子领域。第三代半导体材料以氮化镓(GaN)为代表[1]，氮化镓具有宽禁带、高热导率、较强的抗辐射能力和良好的化学稳定性等优点，但因为其室温下激子束缚能低、受激发射阈值高，加上制备氮化镓的要求苛刻，我们急需寻找一种能代替氮化镓的新型半导体材料。
ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带直接带隙化合物半导体，室温下，ZnO禁带宽度约为3.37 eV，其激子束缚能60 meV，远远高于砷化镓，这意味着在室温或更高的温度下它也能工作。纳米ZnO具备奇妙的物理效应，所以能在电学、磁学、化学、光学等方面显现出诸多奇妙的性质。而且，ZnO材料来源广泛，价格便宜，对环境无毒 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q:  3_5_1_9_1_6_0_7_2 
无害，制备方法简单，外延生长温度低，对衬底的要求不太严格，因此是一种有广阔应用前景的材料。由于ZnO半导体纳米材料具有优良的压电、压敏、气敏、光电等特性，在太阳能电池、发光器件、气敏传感器以及压敏器件等方面有广泛的应用[2-5]。近年来，ZnO纳米材料的研究已经吸引大量人群关注的目光。
1.1 纳米材料的简介
纳米级构造材料[6]简称为纳米材料(nanometer material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米之间。因为它的尺寸基本靠近电子的相干长度，它的性质由于强相关所带来的自组织使得性质产生很大变动。而且，其长度已接近光的波长，加上其具备大表面积的特别效应，因此其所表现的特殊，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在全体形态时所表现的性质。
纳米颗粒材料还称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)构成。纳米粒子也称超微颗粒，一般是表示尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和物体交汇的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观念看，这样的系统既不是典型的微观系统也不是典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它拥有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应[7]。当人们将微观物体细分为超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇怪的个性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时比较将会有明显的差异。
1.2 ZnO的基本性质
1.2.1 ZnO的基本结构
ZnO的分子量为 81.39，密度为5.606 g/cm3，无味、无毒、无臭，是一种两性化合物，可以溶于酸、碱等溶液，不溶于水、无水乙醇和苯等有机溶剂。熔点为1975℃，受热到1800℃升华而不分解。
ZnO作为一种II-VI族间接带隙宽禁带半导体原料，有三种晶体构造，分别为六方对称纤锌矿结构(wurtzite)，立方对称闪锌矿结(Zineblende)和立方岩盐结构(Rocksalt)。其中纤锌矿构造具备较为稳固的热动能性，闪锌矿结构相比容易在立方衬底上获得，岩盐结构只能在较高的压强才会得到。常压条件下ZnO以纤锌矿结构稳定存在[8]。纤锌矿结构ZnO室温下禁带宽度为 3.37eV，激子束缚能为60meV，空间群为p63mc，空间对称性是C46v，晶格常数为a=0.325onm，c=0.5207nm。
1.2.2 ZnO的光学性质
ZnO薄膜的光学折射率[9]在2.0左右，在可见光范围内(400-800nm)透射率能够超越90%。使用Al元素掺杂制备的ZnO薄膜，不光增加了材料的禁带宽度，还保证其在可见光区和紫外光区透过率大体上不改变。同时AZO薄膜光电子性能愈加优良，稳固存在等离子体中，替代ITO薄膜应用于显示器件和太阳能电池的窗口原料等。因而，ZnO材料在太阳能电池、紫外激光器、紫外光探测器、蓝紫波段LED、大容量存贮等范畴有普遍的使用前景[10]。
1.2.3 ZnO的磁学性质
稀磁半导体(DMS)是经过在非磁性半导体(如IV-VI族、II-VI族或III-V族)中掺杂过渡金属族元素，过渡金属族元素(TM)取代非磁性半导体中的局部原子后构成的磁性半导体，它同时拥有半导体和磁性两者的长处，具有广阔的应用前景。 
Dieti[11] 通过平均场近似理论的研究，从理论方面指出ZnO半导体材料的居里温度可能高于室温，还计算了各种半导体材料在锰掺杂浓度为5%时的居里温度，发现GaN和ZnO的居里温度明显高于室温，该结论是在假设掺杂浓度为5%、空穴浓度达到 1020cm-3的条件下获得的。
1.2.4 ZnO的电学性质[12]
电学性质是权衡电子器件功能的重要参数，然而ZnO的电学性能钻研较少。室温下理想化学配比的 ZnO由于禁带很宽相当于绝缘体，自由载流子浓度仅为4×10-6cm-3，远远低于半导体中的自由载流子浓度(108~1019cm-3)和金属载流子浓度(8×1022cm-3)，但是在制备ZnO过程中的各种不确定原因，材料中存在许多的本征或非本征的施主型缺点，如氧空位(Vo)、锌间隙原子(Zni)和非故意掺杂的H等，使ZnO表现出N型半导体的特性。
1.2.5 ZnO的其他性质
材料的气敏和湿敏性能是材料的某一项参数随着四周的气体的改变或者湿度的变化而变化的特征。 ZnO薄膜的气敏和湿敏特征的标记参数是电阻率，当环境湿度或者气体组分发生变化时，其电阻率也会发生明显的变换。可以制作成各种气敏和湿敏传感器。
1.3 纳米ZnO的应用
纳米氧化锌(ZnO)具有寻常块体材料所不具备的光、电、磁、热、敏感等功能，产品活性高，具备抗红外、紫外和杀菌的性能，已被普遍应用于防晒型化妆品，抗菌防臭和抗紫外线的新型功能纤维、自洁抗菌玻璃、陶瓷、防红外与紫外的屏蔽材料、卫生洁具和污水处理等产品中。
（1）制备抗菌除臭消毒抗紫外线产品 
原料名称 级别 原料出处
六水合硝酸锌 氟化铵 二次去离子水 二水合乙酸锌 分析纯 分析纯 清洗和溶剂 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 天津市大茂化学试剂厂 实验室 上海晶纯生化科技股份有限公司
图2.1 导电玻璃清洗流程图
首先，准备几块尺寸相同的导电玻璃片，准备两个烧杯，一个烧杯放去离子水（能够浸没玻璃片即可），一个烧杯放无水乙醇（能够浸没玻璃片即可），清洗过程需要水和无水乙醇间隔清洗，二次去离子水洗3次，无水乙醇洗2次。先将小玻璃块放入盛有二次去离子水的烧杯中，保证小玻璃片都浸没，将烧杯放入超声波清洗机中，调至中档，清洗约10min后，用镊子取出并放入到盛有无水乙醇的烧杯中，同样保证能够浸没小玻璃块，放在超声波清洗机中，调至中档，清洗时间也在10min左右；然后在放入二次去离子水中超声清洗10min，清洗后再次放入无水乙醇中超声清洗10min左右，最后再一次用去离子水超声清洗10min，清洗结束后将小玻璃块吹干或烘干备用。

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