1、華中師范大學(xué)碩士學(xué)位論文硅基多孔氧化鋁模板的制備及其在納米結(jié)構(gòu)材料制備中的應(yīng)用姓名：王麗霞申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)指導(dǎo)教師：陳存華20090501碩士學(xué)位論文，中文摘要隨著平板顯示中對藍(lán)光的需求及場發(fā)射顯示的興起，納米的研究已成為國際上繼之后又一研究熱點。通過自組織作用形成的多孔氧化鋁具有納米級的孔徑，并且具有尺寸可調(diào)等很多優(yōu)點，因此在制備納米量級的纖維、納米棒、金屬管、半導(dǎo)體等新型材料上，多孔氧化鋁已經(jīng)成為一種常用的模板。在最近的工作中，基于多孔氧化鋁模板納米掩膜技術(shù)，在硅襯底上成功生長出納米氧化鋅。本文在納米材料的合成和表征方面做了如下研究：（）在硅基氧化鋁模板的制備和表征及應(yīng)用方

2、面做了初步的探討，分析了氧化鋁模板的形貌、結(jié)構(gòu)、發(fā)光性能，并探討了氧化電壓、電解溫度，電解液濃度及電解液種類等對多孔氧化鋁模板形貌的影響。掃描電鏡觀察表明，二次氧化提高了孔洞分布的均勻性，使得孔在一定的區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)有序六角分布，這種模板可進一步用于硅基納米器件和納米結(jié)構(gòu)的制備。（）采用高度有序的氧化鋁作為模板，結(jié)合直流電化學(xué)方法在多孔氧化鋁模板規(guī)則排列的孔中沉積得到鋅的納米線，再通過高溫氧化得到納米。分析討論了光致發(fā)光（）性能，并利用射線衍射光譜、掃描電子顯微鏡等手段分析研究了它們的形貌特征和相應(yīng)性能的變化。關(guān)鍵詞：陽極氧化法；多孔氧化鋁模板；電化學(xué)沉積法；納米氧化鋅碩士學(xué)位論文，），）蛐，（）

3、，；：；碩士學(xué)位論文華中師范大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的研究成果。除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中師范大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以

4、采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。同意華中師范大學(xué)可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。導(dǎo)師簽名：年月日作者簽名：日期：日期：年月日本人已經(jīng)認(rèn)真閱讀“高校學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫發(fā)布章程”，同意將本人的學(xué)位論文提交“高校學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫”中全文發(fā)布，并可按“章程”中的規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。圃童詮塞握童后進后；旦主生；旦二堡；旦三生筮魚！作者簽名：日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月碩士學(xué)位論文第章緒論硅基納米發(fā)光材料的研究背景借助于硅的一系列獨特的優(yōu)越性質(zhì)，通過發(fā)展高精度的硅平面技術(shù)，設(shè)計出理想的器件結(jié)構(gòu)，從而形成材料、工藝技術(shù)和器件間的和諧匹配，使微電子集成受到

5、了科技界和工業(yè)界的極大重視。然而，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，集成電路的應(yīng)用受到硅中電子運動速度的限制。為了使信息處理能力得到進一步的提高，人們一直希望將光子作為信息載體引入集成技術(shù)，形成光電子集成。然而光電子集成技術(shù)進展非常緩慢，關(guān)鍵的問題在于：尋找適合的發(fā)光材料。由于硅是間接帶隙材料，能帶寬度窄，發(fā)光效率也很低（。），因此，硅基本上沒有處理光信號的能力【。一些族直接帶隙半導(dǎo)體材料如砷化鎵是一種性能高并具有良好光學(xué)性的電子材料，然而，這些材料制備的光電器件不能與現(xiàn)在以廣泛使用的硅微電子技術(shù)兼容。于是人們把光電子集成基礎(chǔ)材料的希望又重新轉(zhuǎn)向了硅。如果能制備出硅基發(fā)光材料，就可以利用全部已有的硅集成技術(shù)

6、發(fā)展出一套硅基光電子技術(shù)，從而建立光電子計算機，徹底改變信息技術(shù)的面貌。年撇【報道，在溶液中單晶硅作為陽極進行電化學(xué)腐蝕，形成多孔硅（），可以在近紅外和可見光區(qū)輻射強烈的熒光，比同等條件下單晶硅的發(fā)光效率提高個數(shù)量級，這一發(fā)現(xiàn)立刻引起世界范圍內(nèi)的轟動。目前，人們【已在多孔硅的微結(jié)構(gòu)、發(fā)光機理及其可能的技術(shù)應(yīng)用方面作了大量工作。然而多孔硅在應(yīng)用方面卻存在著困難。首先是多孔硅結(jié)構(gòu)和制備與硅的平面工藝不兼容；其次，多孔硅的化學(xué)穩(wěn)定性差，限制了其在實際器件中的應(yīng)用。但是，多孔硅依靠量子限制效應(yīng)可以實現(xiàn)高效率的硅基發(fā)光，這點啟示了科研工作者。發(fā)展納米光電子學(xué)對硅基發(fā)光材料的研究有著重要的促進作用：將光信

7、號引入納米電子集成，形成納米光電子集成，可以發(fā)展性能優(yōu)良的硅基發(fā)光材料到。發(fā)展性能優(yōu)良的硅基發(fā)光材料關(guān)鍵在于硅基光電子的集成。為此，要求直接提供納米光源。獲得納米光源的關(guān)鍵是如何在硅基上制備納米結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的光刻技術(shù)目前只能達(dá)到深亞微米水平，離納米水平尚遠(yuǎn)，而利用某些材料在一定條件下的自組織特性，獲得所需納米結(jié)構(gòu)的技術(shù)稱之為：自組裝。所謂自組裝就是在無外界干擾的情況下，復(fù)雜體系能自發(fā)地將體系中的分子組裝成有序的結(jié)構(gòu)，通過自主裝技術(shù)可以有效設(shè)計出具有物理和化學(xué)特性的高度有序的復(fù)合材料引。其中，包括有序納米組裝體系（如：組裝體系）和無序納米結(jié)構(gòu)組裝體系（如介孔復(fù)合體系）碩士學(xué)位論文等。為了制備納米結(jié)

8、構(gòu)體系，人們發(fā)展了許多方法，如刻蝕技術(shù)、化學(xué)法和模板法等。模板法是指可以在基底上先形成模板（），然后再利用模板制備各類納米結(jié)構(gòu)材料。由于模板技術(shù)具有通用性，靈活性，以及與集成技術(shù)更好的兼容性，所以倍受重視。在本實驗的研究體系中，對自組織技術(shù)的應(yīng)用不同于傳統(tǒng)意義上直接納米發(fā)光材料的生長，而是先制備出硅基納米多孔氧化鋁有序列陣，然后利用列陣作為模板，結(jié)合物理、化學(xué)沉積方法，制備納米結(jié)構(gòu)。它們既是納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，又可以看作納米器件的雛型。模板法制備納米結(jié)構(gòu)材料及其特點模板法合成納米結(jié)構(gòu)是世紀(jì)年代發(fā)展起來的前沿技術(shù)，也是近幾年來廣泛使用的一種納米結(jié)構(gòu)合成方法，它是物理、化學(xué)多種方法的集成。年等人以含

9、有納米微孔的聚碳酸酯過濾膜作為模板，通過電化學(xué)聚合合成了導(dǎo)電聚吡咯，在此基礎(chǔ)上提出了納米結(jié)構(gòu)材料的模板合成方法【，并利用此方法合成了一系列的納米結(jié)構(gòu)材料，隨后有大量的研究者在這方面做了不少的研究工作。如今納米結(jié)構(gòu)的組裝體系合成方法中重要的一個方面即是模板合成法。模板合成法制各納米結(jié)構(gòu)材料具有如下特點：（）所用膜容易制備、合成方法簡單，如電沉積、溶膠一凝膠、氣相沉積等沉積手段。（）利用模板可以合成分散性好的納米結(jié)構(gòu)材料以及它們的復(fù)合體系，例如結(jié)，多層管和絲等：獲得其他手段難以得到的直徑極小的納米管和納米纖維，還可以改變模板柱形孔徑的大小來調(diào)節(jié)納米管和納米纖維的直徑：（）由于膜孔徑大小一致，制備的

10、材料同樣具有孔徑相同、單分散的納米結(jié)構(gòu)。（）可以根據(jù)模板內(nèi)被組裝物質(zhì)的成分及納米管和納米纖維的縱橫比的改變對納米結(jié)構(gòu)性能進行調(diào)節(jié)。（）在膜孔中形成的納米管和納米纖維容易從膜中分離出來。模板的制備是合成納米結(jié)構(gòu)陣列的前提。模板的形成要利用常用的化學(xué)反應(yīng)來合成，如電化學(xué)沉積，化學(xué)聚合，溶膠一凝膠沉積和化學(xué)氣相沉積等。那么什么是模板呢？模板是指含有高密度的納米柱形孔洞，厚度為幾十至幾百微米厚的膜。常用的模板有兩種，一種是多孔氧化鋁模板（）口，典型的具有納米孔陣列的自組織微結(jié)構(gòu)，是金屬鋁在酸性溶液中經(jīng)電化學(xué)陽極氧化而制備的。多孔氧化鋁模板其獨特的結(jié)構(gòu)特性、結(jié)構(gòu)尺寸可調(diào)性和良好的耐熱性、電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)

11、定性使它成為制備有序納米結(jié)構(gòu)材料首選模板之一【】。碩士學(xué)位論文另二種是含有孔洞無序分布的高分子模板，其制備方法是利用高能粒子轟擊高聚物薄膜，使其出現(xiàn)許多損傷的痕跡，然后用化學(xué)腐蝕方法使這些痕跡變成孔洞。這種模板的特點是孔洞呈圓柱形，直徑均勻，孔的直徑可以小到，孔密度可達(dá)到個。膜中的孔的分布不均勻且與斜面相交，無規(guī)律性：但是這類模板柔韌性好，不像多孔氧化鋁模板那樣脆，在高酸性條件下能維持較長時間穩(wěn)定，因此應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。這種模板所用材料一般是聚碳酸酯、聚脂及其它聚合物材料。其他材料的模板還有納米孔洞玻璃、介孔分子篩模板、多孔硅模板及金屬模板。納米陣列體系的制備主要是采用納米陣列孔洞膜作模板，通過

12、化學(xué)、電化學(xué)法、溶膠一凝膠法、化學(xué)聚合法、化學(xué)氣相沉積法來獲得（下一節(jié)我們將詳細(xì)介紹多孔氧化鋁模板合成納米材料的主要方法）。可見，模板合成納米結(jié)構(gòu)是近十年來發(fā)展為合成新型納米結(jié)構(gòu)材料較為方便靈活的技術(shù)，是一種物理、化學(xué)等多種方法集成的合成策略，使人們在設(shè)計、制備、組裝多種納米結(jié)構(gòu)材料及其陣列體系上有了更多的自由度。近年來，納米陣列組裝體系的主要內(nèi)容是圍繞氧化鋁有序陣列模板來進行的，采用多孔氧化鋁模板制備的材料被廣泛應(yīng)用于光催化、化學(xué)分析、分子分離和生物工程、電池、電光裝置等許多方面。因此，用多孔氧化鋁模板組裝納米結(jié)構(gòu)材料已成為納米材料研究中的一大。熱點。多孔氧化鋁模板合成納米材料的主要方法（）

13、模板是典型的具有自組織生長的納米結(jié)構(gòu)多孔材料。多孔氧化鋁是將金屬鋁箔在適當(dāng)溫度的酸性電解質(zhì)中經(jīng)陽極氧化而制得的。電解液的溫度為到。，常用的電解液有硫酸、草酸、磷酸和酪酸【刀。陽極氧化鋁膜具有清晰的孔結(jié)構(gòu)，它們的孔為直圓筒形，孔徑分布窄，圖一為多孔氧化鋁膜的結(jié)構(gòu)示意圖。孔道直徑最大為幾百納米，最小可至，孔密度則可高達(dá)個，可以通過控制制備參數(shù)，可以合成直徑從的多孔陽極氧化鋁模板。此外，多孔陽極氧化鋁之機械與化學(xué)性能優(yōu)良、制程簡單、可大面積生產(chǎn)等性質(zhì)，目前已受到科研工作者的高度重視。碩士學(xué)位論文圖多孔氧化鋁結(jié)構(gòu)示意圖【】模板獨特的結(jié)構(gòu)和良好的耐熱性，電絕緣性以及化學(xué)穩(wěn)定性使得它不僅在材料防腐、表面裝

14、飾、微電子應(yīng)用等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且它已成為制備均勻納米結(jié)構(gòu)的理想模板。自九十年代末以來，以為模板利用其多孔性合成納米點、納米棒、納米線和納米管等陣列體系的研究引起了人們極大的關(guān)注【】，從金屬、半導(dǎo)體、導(dǎo)電高分子到其他材料組成的納米管和納米線【，幾乎都可以用氧化鋁模板來制備。由此可見，多孔氧化鋁模板合成納米結(jié)構(gòu)是一種集物理、化學(xué)等多種方法的合成策略，在納米結(jié)構(gòu)制備科學(xué)上已經(jīng)占有極其熏要的地位和擁有廣闊的應(yīng)用前景。下面將分別介紹，以多孔氧化鋁為模板合成納米材料的主要方法：（）電化學(xué)沉積電化學(xué)沉積法因其單易行，便于控制，成本低廉，而成為合成納米材料常用的方法。電化學(xué)沉積分為直流電沉積和交

15、流電沉積。在鋁基和多孔膜之間有一層致密的氧化層稱為阻擋層，用直流電沉積的方法制備納米材料時，要去掉阻擋層，然后通過離子噴射或熱蒸發(fā)在膜板表面涂上一層金屬薄膜，以此膜為電鍍的陰極。，交流電沉積無需此過程。電化學(xué)沉積時，選擇被組裝的金屬鹽溶液作為電解液，經(jīng)電化學(xué)還原將要組裝的材料沉積在多孔氧化鋁膜的孔洞內(nèi)，用來制備納米線和納米管及導(dǎo)電高分子材料如（聚苯胺、聚毗咯和聚甲基哆吩）。該方法的特點是通過控制沉積量可調(diào)節(jié)納米材料的縱橫比（長度與直徑比）。當(dāng)沉積的金屬量增多時，其踟、碩士學(xué)位論文縱橫比也增大，反之減小。目前已經(jīng)在多孔氧化鋁模板中制備出了包括、和在內(nèi)的一系列金屬納米絲及半導(dǎo)體，這些納米磁性材料具

16、有高度的垂直磁各項異性，可用作垂直磁記錄介質(zhì)。此外，還可以利用此方法在多孔氧化鋁模板內(nèi)合成碳納米管，并將具有電催化作用的金屬或合金（如，等）填充進納米管中，制出對氧的還原及甲醇的氧化具有電催化作用的復(fù)合材料，同時這些碳納米復(fù)合材料還可用在燃料電池中，提高電池的效率；（）電子束蒸發(fā)法電子束蒸發(fā)是通過蒸發(fā)使金屬通過模板的孔道沉積到基底表面，一般采取較低的蒸發(fā)速率，因為蒸發(fā)過快容易堵塞模板的孔道，制備的金屬納米點陣列，在隨機存儲、光電器件方面得到應(yīng)用。值得注意的是，這種模板法對于材料和基底沒有要求，對于不同的金屬和半導(dǎo)體都能夠沉積在不同的基底上。（）化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積主要用于制備氧化物和半導(dǎo)

17、體材料。化學(xué)氣相沉積法是指：通過原料氣體的化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)時間及所通氣體壓力的不同，在模板孔道內(nèi)沉積出不同厚度的納米管、納米線。其反應(yīng)溫度一般在一之間，經(jīng)常使用的催化劑有，及其合金。一般的化學(xué)氣相法的沉積速度太快，以至蒸汽分子進入整個柱形孔道之前，表面的孔就已被堵塞，從而影響后續(xù)的沉積物進入到孔內(nèi)，因此，控制沉積速度是化學(xué)氣相沉積法的關(guān)鍵。美國大學(xué)等在硅基多孔氧化鋁模板上電沉積引入催化劑鉆，結(jié)合化學(xué)氣相沉積法制各了有序的碳納米管陣列，實驗發(fā)現(xiàn)：氧化鋁模板影響納米管的直徑和長度，同時也表明了碳納米管和硅微電子器械連接的可行性。另外，等人采用化學(xué)氣相沉積法成功地在多孔氧化鋁模板中制備出碳納米管陣

18、列，他們將氧化鋁模板放入左右的高溫管式爐中焙燒，并通以乙烯或丙稀氣體在模板孔洞發(fā)生熱解，結(jié)果就在孔中得到取向一致的碳納米管陣列。霍圖之利用模板采凡不同制備方社得到不同材料的納術(shù)孔蝻刪（）溶膠一凝膠法溶膠凝膠法：將氧化鋁模板浸在溶膠中，使溶膠沉積在模板的孔壁上，然后對模板進行熱處理，這樣就在孔內(nèi)合成管形或線形結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體納米材料。形成管或絲取決于模板在溶膠溶液中浸泡的時間：浸泡時問短，則形成納米管。這一事實表明，帶正電荷的膠體粒優(yōu)先被吸附在帶負(fù)電荷的孔壁上；也很可能是一膠體粒子在孔壁上吸跗而造成膠體溶液局部增濃的緣故。按照溶膠填充模板孔道的方法來劃分，溶膠一凝膠濁可以分為兩大類：直接溶膠填充法和

19、電泳溶膠一凝膠法。另外浸泡時間長則形成納米絲。用這種方法已合成得到了一些半導(dǎo)體材料的納米管如、以及、納米，弧微米線有序陣列】。在模板內(nèi)合成的納米管的催化速率比薄膜耍大幾百倍。結(jié)合浸潰法、溶膠凝膠法、融化法和化學(xué)氣帽沉積技術(shù)，已經(jīng)實現(xiàn)了多種納米管陣列，包括銀（），鈀碳（硅（），氧化鋅（），普魯士藍(lán)（）、聚苯乙烯（）和蚩白質(zhì)（把）。圖分別給出了聚苯乙烯和碳的納米管陣列體系。前者使用浸漬法得到，后者是化學(xué)相沉積得到的碳納米管陣列。豳粼粼瑟一矗啊鋤墼一聲零一附利川制備聚苯已烯年¨碳納米鋒陣列的形貌”本論文的立題思想及內(nèi)容安排立題思想近年束，通過剛極氧化法制備的多孔氧化錨膜不僅可以作為模板合成

20、納米材料，由于其高度有序平行排列的柱狀孔結(jié)構(gòu)，可以用來制備大范圍的臼組織生長的納米材料。有關(guān)多孔氧化釩膜的麻用研究，目前主要集中在單晶錨基上實現(xiàn)自組縱過桴制薔的多孔氧化鋁膜從單品鋁襯底：剝離味如此勢必大大限制了其應(yīng)用前景，州時鋅；基隊存在層致密的氧化鋁阻擋膩，阻礙孔中填充物和基底的電學(xué)接觸，搬難滿足實際器件制各的要求。如糶這種自組織結(jié)構(gòu)能被移植到硅基卜，并傳統(tǒng)成熟的硅平面工藝相結(jié)合，必能在未來的納米電予學(xué)和納米光電子學(xué)發(fā)揮重要作用”。南糸大學(xué)物理系鮑希茂的研究紐，采用了柬蒸發(fā)法在硅蛙上一層很游的害艘，選擇其有中等溶解能力的酸溶液作為電解波，在定條件下進行二步陽極氧化形成。定有序度的氧化鋁納米：

21、歲陣。在此基礎(chǔ)：，他們利用各種物理化學(xué)方法制備了氧化鋁納米管和基納米多復(fù)合材料，同時他們也將氧化鋁多孔膜作為模板或掩膜，在硅基：各了量子點列陣。本文報道的二要實驗結(jié)果就是利用陽極氧化法在硅基上形成氧化鋁納米結(jié)構(gòu)。利用了硅基多孔氧化鍋的高孔隙度，優(yōu)片的吸附能力以及比較理想的乜學(xué)性質(zhì)，碩士學(xué)位論文在硅基上制各半導(dǎo)體納米發(fā)光材料。論文內(nèi)容安捧在文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，本文從以下幾個方面進行了實驗研究。第二章討論硅基多孔氧化鋁膜的制備。主要研究硅基氧化鋁模板制備的工藝條件對多孔氧化鋁形貌的影響。掃描電鏡觀察表明，二次氧化提高了孔洞分布的均勻性，使得孔在一定的區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)有序六角分布，這種模板可進一步用于硅基納

22、米器件和納米結(jié)構(gòu)的制備第三章討論硅基多孔氧化鋁模板的應(yīng)用。重點講述了結(jié)合采用直流電化學(xué)方法在多孔氧化鋁模板孔中沉積得到鋅的納米線，再通過高溫氧化得到納米，并得到藍(lán)綠光發(fā)射。第四章全文總結(jié)碩士學(xué)位論文參考文獻(xiàn)】楊陽基于硅基多孔氧化鋁模板的硅基納米發(fā)光材料和結(jié)構(gòu)的研究南京大學(xué)碩士學(xué)位論文【，；，；曲，【】曾剛；楊宏春；阮成禮；楊春壓電與聲光，】，；，；，；，【；，；，；，；，一，；，；，；，；，一，一，；，；，；，；，【吳俊輝，鄒建平，朱青，鮑希茂化學(xué)物理學(xué)報，【，；，一陳慧蘭無機化學(xué)學(xué)報，一【惠文杰；楊榮；張玉琦延安大學(xué)學(xué)報，【，；，；，【，；，【；，碩士學(xué)位論文，；，【，；，；），【，；，【，

23、；，乃【；，（），【丁古巧多孔陽極氧化鋁模板的制備、表征以及在半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)材料制各中的應(yīng)用上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文【左妍模板法制備金屬、金屬合金納米線及納米管研究吉林大學(xué)博士學(xué)位論文文復(fù)興，夏正才材料保護，】江小雪多孔氧化鋁模板的制備及其光致發(fā)光性能天津大學(xué)碩士學(xué)位論文任剛；陳皓明材料導(dǎo)報，【；，；，【】王臻；力虎林高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，【孫秀玉，徐法強，李宗木，張旺中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報，【，：，【，訂碩士學(xué)位論文；，一，；【，；，一【；：，；：，；丫，；，；，；，；，；，；，；，；，；，；，；，；，；，；，；，塒，；，；，；，；，；，；，；，工，；，；，；，；，；，；，；，；，；，；，碩士學(xué)位

24、論文【，；，；，；，【；，一【，；，；，；，【，；，；，；，；，；，；，；，【吳俊輝；鄒建平；朱青；鮑希茂電化學(xué)，【，；，；，。，【；，；，；十一，一】碩士學(xué)位論文第章硅基多孔氧化鋁模板制備與表征引言近年來，人工制備量子點、量子線等納米結(jié)構(gòu)材料引起了人們的廣泛關(guān)注。通常的制各方法有電子束刻蝕、離子束刻蝕、射線刻蝕、電子全息成像刻蝕等。這類方法能達(dá)到的最低尺度為。多孔陽極氧化鋁薄膜（）是一種具有超高密度豎直納米孔道的薄膜結(jié)構(gòu)，如孔徑（）、孔長（衄）及孔密度（），這些特征參數(shù)可以通過選擇不同氧化電壓的方法來加以控制；此外，多孔氧化鋁薄膜是擁有自我組裝能力的二維納米材料，其大面積、高密度及高規(guī)則的孔

25、洞陣列之特性，常被應(yīng)用于制作具有取向性一維納米材料的模板。然而，由于陽極氧化鋁膜之孔洞分布密度過大，鋁基底上的和鋁層之間存在一層致密的氧化鋁阻擋層（約幾十納米），阻礙了孔中填充物和基底的電學(xué)接觸；同時，多孔氧化鋁薄膜容易卷曲、斷裂，而鋁的熔點也將工藝溫度上限限制在較低水平，這些缺點導(dǎo)致在應(yīng)用上有其限制例。眾所周知，硅基多孔氧化鋁模板是種新型的氧化鋁模板，通過電子束蒸發(fā)在硅襯底上的鋁膜在酸性電解質(zhì)中陽極氧化制備的。這種結(jié)構(gòu)的一個顯著特征就是氧化鋁層納米尺寸的孔相互平行并垂直于硅襯底。因而這種模板非常適合制備具有量子線結(jié)構(gòu)的硅基納米復(fù)合材料【巧】。本章的研究目的是在硅基上形成氧化鋁多孔膜，并利用掃

26、描電鏡，等手段研究硅基多孔氧化鋁薄膜的特性，為制備高質(zhì)量的多孔氧化鋁模板提供合適的工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，以多孔氧化鋁膜作為模板，制備氧化鋅量子點陣。該制備工藝及理論可豐富和發(fā)展納米電子學(xué)及光電子學(xué)。硅基多孔氧化鋁模板的制備實驗主要化學(xué)藥品乙醇分析純上海開米化學(xué)有限公司丙酮分析純天津市博迪化工有限公司草酸分析純天津市博迪化工有限公司濃硫酸分析純武漢市化學(xué)試劑廠磷酸分析純武漢市化學(xué)試劑廠鉻酸四氯化錫氯化鈉碩士學(xué)位論文分析純分析純分析純天津市博迪化工有限公司天津市博迪化工有限公司武漢市化學(xué)試劑廠自制冰水混合物氫氟酸分析純上海國藥集團化學(xué)試劑有限公司實驗主要儀器設(shè)備型磁力攪拌器四氟攪拌子型電熱鼓風(fēng)干燥

27、箱電光分析天平鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司江蘇省金壇市靜達(dá)儀器制造廠黃石市醫(yī)療器械廠上海天平儀器廠昆山市超聲儀器有限公司湖北宜昌電工儀器廠一型超聲波發(fā)生器直流穩(wěn)壓電源石墨電極河北永豐石墨電極有限公司樣品的表征方法掃描電子顯微鏡法（）掃描電子顯微鏡是研究材料最常用的儀器設(shè)備（，），有非常重要的功能。由光學(xué)電子系統(tǒng)、信號收集顯示系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。其原理是聚焦電子束在試樣表面按一定時間、空間順序做柵網(wǎng)式掃描，與試樣相互作用產(chǎn)生二次電子信號發(fā)射（或其它物理信號），從試樣激發(fā)的各種信號，經(jīng)過檢測放大等一系列處理，然后在顯像管上成像，反應(yīng)出試樣表面形貌的二次電子像。掃描電子顯微鏡（）、原子力顯微

28、鏡（）、透射電子顯微鏡（）、都可以用于觀察納米結(jié)構(gòu)材料樣品的形貌。每一種顯微鏡的顯微機理不同，樣品的制備和觀察方法也不相同，下面將簡單討論每種手段的優(yōu)缺點。測試樣品時，對于金屬等導(dǎo)電材料可以直接進行測試，試樣厚度和大小適合樣品室的大小即可。對于一些導(dǎo)電性能不好的半導(dǎo)體材料或非導(dǎo)電材料（如），需要在樣品清洗后，切割成合適大小的樣品，貼到導(dǎo)電膠上，在真空鍍膜機中鍍一層金屬，最常用的是鍍一層金膜。這在某種程度上破壞了樣品的表面信息，但操作簡單方便、重復(fù)性好、可靠性高、視場開闊，對觀察凸凹不平的試樣碩士學(xué)位論文形貌最有效，得到的圖像富有立體感。原子力顯微鏡（）是用一端固定而另一端裝有納米級針尖的彈性微

29、懸臂來檢測樣品表面形貌的。表征樣品不需要鍍金，可以直接測量絕緣體的表面形貌，但其主要缺陷是視野很小，平方微米量級，難以得到樣品全面的信息。最大的優(yōu)勢在于其分辨率最高，可以直接觀察到樣品的微結(jié)構(gòu)，但是制樣復(fù)雜，由于實驗中所制備的是在基片上，需要把模板從基片上剝離下來，在酒精溶液中稀釋，并進行超聲分散，最后把溶液滴到微柵上，晾干。而的硬度較大，難以制備適當(dāng)?shù)臉悠贰Ａ硗猓荒茉跈M向尺度上測量納米粒子、納米結(jié)構(gòu)的尺寸，有時不能如實反映試樣表面形態(tài)，容易產(chǎn)生假象。射線衍射譜（）射線衍射分析是用來鑒別物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)，進行物相分析的常規(guī)手段。晶體內(nèi)各原子在空間呈周期性排列，各原子散射波在某些方向上疊加而產(chǎn)生干

30、涉現(xiàn)象，造成衍射峰。衍射波的兩個基本特征是衍射線在空間的分布規(guī)律和衍射強度。衍射強度是由晶胞中各個原子及其位置決定的。衍射線的分布規(guī)律是由晶胞的大小形狀和位向決定的。所測樣品經(jīng)過射線衍射儀測試完以后，進行圖譜解析，與標(biāo)準(zhǔn)衍射圖譜卡進行對比，可以用來研究晶相結(jié)構(gòu)，如點陣常數(shù)、晶粒度、結(jié)晶度、結(jié)構(gòu)、內(nèi)應(yīng)力和位錯等等。射線衍射儀是用測角計及計數(shù)器記錄衍射線的方向與強度，以獲得衍射數(shù)據(jù)。這種儀器主要設(shè)備有：具有穩(wěn)定電壓及電流的射線發(fā)生器；測角計系統(tǒng)；計數(shù)率表及自動記錄裝置。圖是射線衍射儀的基本結(jié)構(gòu)圖。（熒光光譜儀）光譜光致發(fā)光就是光吸收或激發(fā)引起的光發(fā)射現(xiàn)象，簡稱為。光致發(fā)光譜，已成為檢測和研究半導(dǎo)體

31、本征和非本征性質(zhì)的最常用的一種非破壞性的光譜方法。利用光致發(fā)光來研究樣品特性，其優(yōu)點在于僅需要很少量或很小的尺寸樣品，實驗數(shù)據(jù)采集和樣品制備簡單；在光吸收實驗靈敏度較差的頻段內(nèi)有較高的靈敏度，可以獲得被測半導(dǎo)體基本電子態(tài)的豐富信息，發(fā)光光譜的強度可確定缺陷態(tài)的密度。光致發(fā)光譜已成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理的重要光譜技術(shù)。碩士學(xué)位論文圖射線衍射儀示意圖實驗步驟）配制草酸溶液，在容量瓶中定容至。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的草酸溶液。分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為、的磷酸溶液，備用。）將硅片在乙醇、丙酮、去離子水中分別超聲十分鐘。）在蒸發(fā)前，用漂洗以便除去表面的自然氧化層。）在型晶向，電阻率的清潔硅片上，用電了束蒸發(fā)一層高純鋁

32、膜，膜厚約左右。所得到的鋁膜由于具有良好的表面性質(zhì)，故不需要再經(jīng)過像陽極氧化單晶鋁片時所必須的脫脂、機械拋光和電化學(xué)拋光等預(yù)處理程序，就可直接用來陽極氧化。）將的草酸溶液倒入到燒杯中，向溶液中放入磁子，同時在做反應(yīng)容器的燒杯外再套上另一個大的燒杯，暈面放入加鹽的冰水混合物，目的是為了減輕腐蝕過程中焦耳熱對自組織過程的擾動，使電解液的溫度保持在。然后將燒杯置于磁力攪拌器上，）以硅基鋁為陽極，石墨為陰極，將兩電極浸入到溶液中。打開直流電源，設(shè)置電壓為，同時打開磁力攪拌器，實驗開始進行，反應(yīng)。）反應(yīng)后，停止反應(yīng)，取出已被氧化的硅基鋁片，將其放入磷酸（）與（）的鉻酸混合溶液中浸泡，時間為。）重復(fù)第）步的操作，進行二次氧化實驗，相關(guān)參數(shù)相同。）在室溫下，將樣品放入溶液中，除去未被氧化的鋁。）將氧化后的樣品用磷酸在下浸泡，除去阻擋層，并擴大納米孔洞的尺寸，然后用去離子水反復(fù)清洗，清