纳米氧化锌/p型金刚石异质结制备及其负阻特性研究

金刚石和氧化锌（ZnO）是少数同时具有众多优异性质的半导体材料，将二者结合制作纳米半导体异质结结构，研究其特殊的光电特性，具有重要的基础研究和实际应用价值。目前ZnO/金刚石体系的研究多局限于薄膜或ZnO的单一性质上，对其纳米结构异质结的制备与特性研究还少有报道。本项目拟在化学气相沉积硼掺杂p型金刚石上，采用热蒸发和水热两种方法，生长ZnO纳米棒等纳米结构，设计制作纳米ZnO/p型金刚石异质结结构，获得具有负阻特性的隧道二极管。系统研究单晶和多晶金刚石的硼掺杂、晶界，以及两种ZnO合成方法的生长温度、时间、反应气氛（溶液）等条件，对纳米ZnO/p型金刚石异质结的制备及负阻特性的影响。提出与掺杂等相关的能带结构对负阻现象的物理解释。探讨高温条件下，器件负阻特性随温度的变化规律。本项目的实施，将为新一代以金刚石和ZnO为基的半导体光电子器件的研制和应用提供新的实验数据和理论依据。

金刚石（Diamond）和氧化锌（ZnO）是少数同时具有众多优异性质的半导体材料，将二者结合制作纳米半导体异质结结构，研究其特殊的光电特性，具有重要的基础研究和实际应用价值。本项目在ZnO纳米结构/金刚石异质结制备及性质研究方面做了大量创新性工作。采用热蒸发和水热两种方法，在化学气相沉积（CVD）硼掺杂p型金刚石膜上生长ZnO 纳米棒等纳米结构，设计制作n-ZnO纳米结构/p-diamond半导体异质结，深入研究了其多种性质。.通过调节实验参数，制备了高质量CVD单晶及多晶金刚石膜。发现在传统气氛H2/CH4中引入N2O、CO2等气体，不仅可以提高金刚石单晶生长速率，还有助于获得表面平整的高质量金刚石单晶。通过控制硼掺杂浓度，获得了轻掺杂（非简并）及重掺杂（简并）的p型多晶金刚石衬底。.利用热蒸发法及水热法在CVD金刚石衬底上制备了ZnO纳米棒、纳米线，研究了多种掺杂（硼B、稀土铕Eu、铝Al等）以及金刚石纳米粉对于ZnO纳米结构的形貌、缺陷、光学、电学等性质的影响。获得了不同直径、顶端开口、顶端聚集的ZnO纳米结构，而且其紫外发光得到增强，场发射性能得到提高。 .在p型金刚石上制备了ZnO纳米结构，获得了n型ZnO纳米棒/p型金刚石（n-ZnO nanorod/p-diamond）异质结。硼掺杂n-ZnO nanorod/p-diamond异质结具有良好的光催化性质。n-ZnO nanorod/p-diamond异质结可在220 oC高温条件下工作，并且器件的载流子注入效率在高温下得到有效的改善，在不同正向电压下存在三种不同的电输运机制。利用热蒸发法制备了n-ZnO nanorods/p-diamond异质结，当p型金刚石为轻掺杂非简并态时，异质结表现为一般整流特性；当金刚石为重掺杂简并态时，异质结出现微分负阻现象。通过对异质结的能带结构分析，证明了负阻现象是由异质结的隧穿电流引起。利用水热法制备了具有整流特性的n-ZnO nanorods/p-diamond异质结，经过退火处理后，可出现负阻效应。.本项目的实施，为新一代以金刚石和ZnO 为基的半导体光电子器件的研制和应用提供了新的实验数据和理论依据。 .共发表SCI 论文14篇，获授权发明专利3项。.