①课题内容与背景

21世纪的今天是一个高速度、高需求的新时代，同时也是一个提倡节约能源，崇尚环保的时代，这无疑对半导体的开发与发展提出了更高的要求。因此，开发出对人体健康与环境无害、在特定条件下能正常工作的半导体材料，成为现代发展的迫切需求。氧化锌（ZnO）是近十年来最引人注目的半导体材料之一，其宽带隙（3.75 eV），大激子束缚能（60 meV），易得到掺杂或非掺杂n型ZnO，纳米结构的多样性及可控性，成本低，无毒绿色等众多优异性质，广泛应用在紫外探测、激光器、生物等领域。制备ZnO复合结构，不仅涉及到材料、物理、半导体器件基础研究，而且可直接研制紫外、高温、耐恶劣环境的先进光电器件，具有十分重要的理论和应用价值。但近年来,对于ZnO复合结构的机制、光电效应的物理机制，各种制备条件（ZnO的掺杂浓度、界面、缺陷、形貌等）及半导体工艺等因素对器件的性能的影响，高温条件下器件性能随温度变化规律等等诸方面的认知还不完善，这些都需要通过更多的系统的实验和理论研究加以解决。

本课题在不同衬底上生长ZnO纳米结构，发展新的ZnO复合结构器件，研究其光电特性并加以理论分析。通过设计制作ZnO复合结构和器件，进行光电特性测量，通过理论分析深入研究其机制，提高器件的性能。丰富关于半导体光电特性的物理和实际应用。

②研究的目的及意义

本项目旨在不同衬底上生长ZnO纳米结构，发展新的ZnO复合结构器件，研究其光电特性并加以理论分析论依据。制备ZnO纳米复合结构，这对直接研制紫外、高温、耐恶劣环境的先进光电器件，具有十分重要的理论和应用价值。

③主要论点与论据

将ZnO与其他材料相结合并制作成复合材料，对于今后优化设计特殊功能的ZnO纳米光电器件，提高其在高温等特殊环境中的工作性能，丰富我们关于半导体光电特性的物理和实际应用的认识都很有意义。 比如，金刚石（Diamond）是另一种十分重要的宽带隙（5.45 eV）半导体材料，具有已知材料中最高热导率 (20 W/cm·K)，激子的束缚能（80 meV）大，电子亲和势小，空穴迁移率高，化学稳定性好等优异性质，通过硼掺杂可以获得满足半导体pn结应用的p型Diamond，所以Diamond广泛应用于紫外发光二极管、紫外光探测器、冷阴极场电子发射、红外及微波窗口等领域，并特别应用于高温、辐射、腐蚀等极端条件环境中。将这两种半导体结合起来，制备ZnO/Diamond复合结构，不仅涉及到材料、物理、半导体器件基础研究，而且可直接研制紫外、高温、耐恶劣环境的先进光电器件，具有十分重要的理论和应用价值。

④创见与创新

（1）通过水热法，研究掺杂元素（硼、金、铀、铝）对ZnO结构的生长的影响及相应机制，实现纳米ZnO不同衬底上（PET-ITO、GPET、diamond film、Al substrate）的可控性生长。

（2）阐明不同因素（反应时间、掺杂浓度）对ZnO异质结影响，揭示ZnO复合材料的结构特征。

（3）通过理论计算模拟阐明纳米结构的形成与作用机制等关键性科学问题，优化复合材料的光电性能。

⑤社会经济效益，存在的问题

目前，由于半导体材料耐热性和抗腐蚀性能差等关键因素，在市场领域应用还存在较多问题。利用Diamond、石墨烯等高热导率、高弹性常数、高声速、低损耗高Q值等性质，及ZnO的优良的压电性质，将两者相结合可使其在市场和工业化占有一席之地，为之后大规模生产提供科学依据。

⑥历年获奖情况

《在金刚石衬底上生长铕掺杂氧化锌的能量传递研究》获汉中市自然科学优秀学术论文一等奖1项，《环保型防水阻燃石塑复合板材》、《钙钛矿氧化物及其异质结制备与物理特性研究》获汉中市自然科学一等奖1项、二等奖1项，《金刚石衬底上生长ZnO纳米材料的制备与表征》获陕西理工大学优秀成果一等奖1项。