ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族直接带隙宽禁带半导体材料,室温下禁带宽度达到3.37eV,束缚激子结合能高达60meV,具有很好的光电、光敏、压电、压敏特性,在可见光区域内有较大的透光率,是制备紫外光探测器、激光器二极管、发光二极管、太阳能电池等器件的优选材料。为了能让ZnO广泛应用于各类光电器件,有必要对ZnO进行掺杂来改善其物理和化学性能。离子注入技术是当今一种重要的半导体材料掺杂技术。采用热蒸发氧化锌和石墨粉末混合物的方法,在硅衬底上合成了氧化锌纳米线阵列,然后采用能量为63keV、剂量为5×1015ions/cm2的银离子对其进行离子注入掺杂。掺杂后样品在空气中退火,退火温度为600到1000℃。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、选区能谱仪和荧光分光光度计研究了制备态和银离子注入氧化锌纳米线阵列的结构和发光性能。改进反应室结构后,反应源温度为920℃、载气流量为60sccm条件下制备的ZnO纳米线阵列的定向性、结晶质量是最好的。样品在源温度920℃条件下定向性最好,温度过低不利于ZnO纳米线阵列密集生长,而温度过高导致Zn原子二次蒸发因而也不利于纳米线阵列的定向和择优生长。在60sccm载气流量下生长的纳米线阵列致密性最好,这与单位时间内合金液滴析出ZnO晶体的数量有关。改进反应室结构后,纳米线阵列的致密性、定向性和结晶质量有了很大改善,这主要是由于反应产生的Zn蒸汽被压缩在小的石英管内,使得衬底单位面积上获得了更多的Zn蒸汽颗粒。在发光性能方面,由于ZnO纳米线在缺氧氛围下生长,氧空位是缺陷存在的主要形式,因此所有样品都有较强的绿光发射。温度升高导致纳米线生长速度提高而增加了氧空位缺陷数量,从而使样品绿峰强度增强并在源温度920℃时达最大值,但温度的进一步升高可导致ZnO纳米线表面Zn元素的蒸发而降低氧空位缺陷的数量,从而抑制绿峰强度。改进反应室结构后,在载气流量为60sccm条件下制备的样品有最强的近紫外带边发射,表明样品晶体结构得到了优化。透射电镜、高倍透射电镜和选区能谱分析表明,离子注入和退火实现了对ZnO纳米线的银掺杂。X射线衍射结果表明,注入后样品仍保持六角纤锌矿结构。离子注入对ZnO纳米线造成了结构损伤,这种损伤可通过选择合适的温度退火得以恢复。离子注入引进了很多缺陷,造成样品的紫外发射和可见光发射均受到抑制。离子注入对PL谱强度的抑制效应可通过退火来消除。当退火温度超过650℃时,Ag离子注入ZnO纳米线的紫外发光强度比纯的ZnO纳米线更高,这归因于能够引起光生载流子快速扩散的Ag原子替代了Zn原子的位置。在650到900℃范围内,随着退火温度的提高,Ag离子注入ZnO纳米线内被激活的锌空位和氧空位浓度逐渐升高,从而导致样品的可见光发射逐渐增强。