ZnO超細(xì)納米線的合成及其光電性能研究.pdf

1、由于一維納米材料具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)以及力學(xué)特性,使其性能在許多情況下要比其相應(yīng)的體相材料應(yīng)用更廣泛。而ZnO作為一種很重要的II-VI族直接帶隙、寬禁帶的半導(dǎo)體材料,在室溫下能帶帶隙為3.37eV,激子束縛能高達(dá)60meV,使得其迅速成為半導(dǎo)體器件材料研究的熱點(diǎn)。
　　隨著研究的深入,人們發(fā)現(xiàn)納米線與金屬電極接觸時(shí)會(huì)形成肖特基勢(shì)壘,此時(shí),納米線的電流輸運(yùn)特性主要由勢(shì)壘控制,而不是由納米線本身的電阻控制。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原

2、因就是納米線直徑較大。在目前的研究中,納米線的直徑通常在100nm以上,該直徑要大于由表面態(tài)引起的勢(shì)壘寬度的特征值(20nm左右),這種情況下,納米線表面存在耗盡層,而在納米線的中軸附近存在未耗盡的高導(dǎo)層。這種勢(shì)壘結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致納米線的輸運(yùn)由肖特基勢(shì)壘控制,納米線本身電阻的變化對(duì)電流沒有顯著的影響。當(dāng)納米線的直徑小于勢(shì)壘寬度的特征值時(shí),此時(shí)納米線的表面勢(shì)壘無(wú)法形成,納米線處于完全耗盡的狀態(tài)。由于表面勢(shì)壘和高導(dǎo)層的消失,控制納米線輸運(yùn)特性的就

3、不再是肖特基勢(shì)壘,而是納米線本身的電阻。因此,構(gòu)筑基于超細(xì)納米線的檢測(cè)器件是解決上述問題的有效途徑,那么如何獲取超細(xì)納米線就成為首先需要解決的問題。
　　雖然一維ZnO納米材料的研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,但如何實(shí)現(xiàn)形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)可控制備依然是個(gè)很大的挑戰(zhàn),尤其是制備出直徑小于10nm的超細(xì)納米線。另外,在器件構(gòu)筑方面,要構(gòu)筑基于超細(xì)納米線的納米器件依然存在著許多問題,比如成本高、靈敏度低、操作繁瑣復(fù)雜等。因此,在納米器件構(gòu)筑方面

4、仍然需要探索研究更加低廉、高效、便捷的方法。
　　基于上述問題和思路,本論文主要開展了以下工作。首先,嘗試采用不同的制備方法,以期獲得超細(xì)ZnO納米線。并利用電子束曝光(EBL)技術(shù),制備不同間距的納米電極。在上述兩部分工作的基礎(chǔ)之上構(gòu)筑納米器件,并對(duì)其光電特性進(jìn)行測(cè)試。
　　因此在本論文中,包括了以下幾個(gè)部分:
　　首先,我們通過簡(jiǎn)單的溶劑熱法以及均勻沉淀法來實(shí)現(xiàn) ZnO超細(xì)納米線的合成。通過對(duì)反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等實(shí)

5、驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)地調(diào)控,最終通過溶劑熱方法制備出了直徑在4-10nm的ZnO超細(xì)納米線;同時(shí)在常溫常壓下利用均勻沉淀法得到了直徑在15nm左右的ZnO納米線,該方法解決了溶劑熱方法合成超細(xì)納米線產(chǎn)量低的問題。并通過SEM、TEM、HRTEM以及XRD等對(duì)納米線的形貌、尺寸以及結(jié)晶性等進(jìn)行表征,同時(shí)也對(duì)其在室溫下的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。
　　其次,我們利用電子束曝光(EBL)方法,綜合考慮曝光過程中電子束的束斑、束流、曝光劑量以及濺射金

6、屬過程中金屬與基底的結(jié)合力等因素,最終整合實(shí)驗(yàn)條件制備出了電極間距分別在600、300、100nm左右的納米電極。通過對(duì)制備的電極進(jìn)行SEM、AFM表征,結(jié)果表明該條件下制備的納米電極在剝離過金屬之后表面較光滑,殘留的金屬較少。在不組裝納米線的情況下對(duì)電極進(jìn)行I-V測(cè)試,其漏電流一般在10-14-10-15A之間,表明該條件下制備的電極可以用于后續(xù)的器件構(gòu)筑工作。
　　最后,我們對(duì)ZnO超細(xì)納米線的光電器件進(jìn)行了構(gòu)筑,并測(cè)試了其光