INTR失败锌氧化物具有许多性质，包括光电导性，压电性，热电性和荧光。由于ZnO具有较宽的直接带隙(3.37 eV)，因此蓝光至紫外光区ZnO发光器件的研制备受关注。ZnO的优点是其大约60 meV的大激子结合能。在室温下从ZnO具有高结晶质量[1-4]的室温下观察激发激光作用。许多不同的技术已经被用来获得氧化锌显示紫外光发射[5-8]。 我们最近开发了一种新的ZnO晶体生长方法，使用热量反应与电流加热相结合[9]。当特定的电流通过在其上放置的Al粉末杆流动，氧化锌晶体的生长集群在Al粉末。 本作本作作品的目的是探讨通过热电产反应生长的簇的结构和发光性能的生长气氛中的氧分压性能的影响。 实验在20MPa下单轴压制ZnO粉末（Soekawa Chemicals，99.999％纯度），在1000℃下烧结3小时，然后切成15mm的杆状件×1毫米×1毫米。所得陶瓷的相对密度约为90％。使用PT浆料电粘合各杆的外边缘。Al粉（添川理化学品，纯度99.9％，150目）放置在棒的中心。将样品置于玻璃管（直径为50毫米，长度为300mm），气流。氧分压（PO2）使用AR / O控制2气体混合物和使用Zro监测2氧传感器。直流电通过样品使用一个稳压直流电源。使用数字显微镜（Keyence，VH-7000）观察样品的形态。为了光致发光（PL）的测量，He-Cd激光器（325纳米）（Kimmon电气，IK-3301R-G）用于激发。 结果和讨论当电流为70a / cm时2流动时，棒材因焦耳加热而发光，使铝热剂反应在铝粉中发生。几秒钟后，氧化锌晶体的生长集群在Al粉末。 图1示出与铝热反应电流加热后的栏上的氧化锌簇。的70 A / cm 2的电流密度的条件下，集群增长2和宝2从9〜30千帕。在宝2在8kPa或更少的情况下，不会发生热反应。在宝2= 10kPa（b），ZnO簇具有球形形状，其长度为约0.3mm。在宝2= 20kPa（c），形式变成茎形状。在宝2=30 kPa（d），该团簇再次呈球形。在宝2超过30千帕（e）中，将Al散射强烈反应。
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图1所示。的ZnO晶体，铝热反应电流加热后的氧化锌陶瓷棒上的集群的照片。的70 A / cm 2的电流密度下在集群增长2在几个氧分压下。(a)加热前，(b) Po2= 10kpa， (c) Po2= 20 kPa，（d）po2= 30 kPa，（e）po2= 40 KPA。 |
图2显示了氧化锌团簇长度对氧分压的依赖关系。随着阿宝2超过9kPa时，团簇长度增加，在20kPa时达到最大值（~2.7mm），然后减小。发现在电流加热过程中，通过改变氧分压可以控制团簇的长度。 在集群的长度的变化可能是由铝粉末组成的不同的氧化速率引起。在低阿宝2，由于铝粉反应性差，长团簇没有生长。在高阿宝2，Al的氧化速度过快，导致团簇无法生长。
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图2。氧分压与ZnO团簇长度的关系。团簇在电流密度为70a/cm时生长2． |
图3显示了在不同氧分压下生长的ZnO团簇顶部的典型发光光谱。PL强烈依赖于PO2．在PO中生长的簇的PL峰2= 10 (a)和15 kPa (b)仅显示了众所周知的可见排放约2.4 eV。在Po生长的团簇中观察到强烈的紫外发射2= 20 kPa（c）。群集在PO中生长2= 25 (d)和30 kPa (e)显示紫外线和可见辐射。
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图3。从在不同的氧分压下生长的（a）为10kPa，（B）为15kPa，（C）为20kPa，（d）25千帕，（E）为30kPa在ZnO簇的顶PL光谱。该光谱使用He-Cd激光（325纳米）作为激发源在室温下测量。 |
图4示出的氧分压UV和可见光的相对强度的依赖性排放。在宝29 ~ 18 kPa时，可见光辐射占主导地位。在20kpa时，可见光发射强度突然下降到接近于零，而紫外发射强度显著增加。随着阿宝2超过20kpa时，紫外发射强度降低。在Po生长的星团中观察到最强的紫外辐射2= 20千帕。
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图4。UV和可见发射相对强度的氧分压依赖性。的70 A / cm 2的电流密度下在集群增长2． |
ZnO簇的生长机制被认为如下。首先，由于电流加热温度升高，铝热反应发生。在高温和还原气氛的作用下，ZnO陶瓷棒表面产生Zn蒸气，Zn蒸气通过Al粉的开口扩散，到达Al粉表面后立即被氧化。然后，将生成的ZnO密封开口，和Zn气体在Al粉的压力增加。几秒钟后，锌气体喷出。最后，在ZnO簇生长在Al粉。 生长部分被认为是ZnO团簇的顶部。可以从以下内容推导出来。较长的氧化锌簇的顶部的温度在生长期间下，由于从顶部向加热条的距离更长。热产生的缺陷的数目随着温度的降低而减小。因此，较长的ZnO团簇顶部结晶度较高。在长团簇顶部观察到的更强的UV发射支持上述考虑。 结论研究了氧分压对电流加热铝热反应生长的ZnO团簇发光的影响。团簇生长在氧分压为9～30kpa的大气中。群集的最大长度是在PO中获得的2= 20千帕。也从PO中生长的簇观察到最大紫外线排放2= 20千帕。从这些结果，越来越多的部分被认为是集群的顶部。 确认该研究部分由资助的日本学术振兴青年科学家的研究奖学金（编号50381）21支持，欧洲杯线上买球圣日本文部科学省世纪COE项目“超功能杂交材料的创造与国际研究教育中心的形成”欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球 工具书类1.P.祖，Z.K.唐，G.K.L.，溶胶黄，M.川崎，A.大友，H. Koinuma和Y.濑川，“在室温下从氧化锌微晶薄膜紫外自发和受激发射”。统计。COMMUN。，（b）中103（1997）459-463。 2.D.M.Bagnall，Y.F.Chen，Z.Zhu，T.Yao，S.Koyama，M.Y.Shen和T.Goto，“室温下ZnO的光泵激光”，应用。物理。莱特。，70（1997）2230-2232。 3.S. Cho，J.Ma，Y.Kim，Y. Sun，G.K.L.Wong和J.B. B. B. Ketterson，“通过金属锌的氧化制备的多晶ZnO薄膜的光致发光和紫外线激光”，Appl。物理。吧。，75.（1999年），2761年至2763年。 4.M.H.Huang，S. Mao，H.Fiick，H. Yan，Y.Wu，H. Topy，E. Weber，R. Russo和P. Yang，“室温紫外线纳米航空纳米山脉”，科学，科学，欧洲杯线上买球292.(2001) 1897-1899. 5。D. Nezaki, T. Okamoto和M. Takata，“电流加热法制备ZnO晶体的结构和光致发光”，重点工程。板牙。228-229（2002）241-244。 6。H.Nanto，T.Minami和S.Takata，“溅射ZnO薄膜中的光致发光”，Phys。统计索尔。，A65(1981) K131-K134。 7。R. D. Vispute，V.Talyansky，S.Choopun，R.P.Sharma，T.Venkatesan，M. He，X. Tang，J.B.B.B.Lakpern，M.G.Spencer，Y.x.Li，L.G.Salamanca-Riba，A.A.Iliadis和K.A.Jones，“GaN的ZnO杂志”及其对混合光电器件的制造的影响“，Appl。物理。吧。，73.(1998) 348 - 350。 8。S.贝思克，H.潘和B. W. Wesseis，“异质氧化锌的发光”，应用。物理。吧。，52.(1988) 138-140. 9。K.Minato，D.Nezaki，T.Okamoto和M.Takata，“电流加热铝热反应生长的ZnO晶体的生长条件和发光”，关键。工程硕士。，248(2003) 95-98. 联系方式 |