CdS基納米線(xiàn)的合成及其電學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、一維半導(dǎo)體納米材料如納米棒、納米線(xiàn)和納米管等因具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性能而備受關(guān)注，在光敏、氣敏、光子集成等各種光電器件中都有廣泛的應(yīng)用。II-VI族半導(dǎo)體材料具有直接躍遷的能帶結(jié)構(gòu)，吸收波長(zhǎng)范圍寬，禁帶寬度可調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)異的物理性能。其中CdS是典型的II-VI族n型半導(dǎo)體光電材料，能夠吸收512 nm以下的紫外光和可見(jiàn)光，室溫下禁帶寬度為2.42 eV，在光催化產(chǎn)氫、有機(jī)物降解、太陽(yáng)能電池和光電器件等方面應(yīng)用廣泛。CdS半導(dǎo)體納米線(xiàn)

2、可以提供單方向載流子移動(dòng)，較好的分離光生載流子，同時(shí)能減少光反射的能量損失，提高其光電轉(zhuǎn)換效率。近年來(lái)人們?cè)絹?lái)越關(guān)注CdS及其異質(zhì)結(jié)的合成及性能研究，尤其是CdS納米材料及其復(fù)合材料在光催化和光電轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用研究。復(fù)合納米材料因其原組成材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使其綜合性能優(yōu)于原組成材料。目前對(duì)CdS基復(fù)合納米材料光電探測(cè)方面和材料微區(qū)電學(xué)性質(zhì)方面的研究還較少，而微區(qū)電學(xué)性質(zhì)的研究對(duì)更好的理解和應(yīng)用CdS及其異質(zhì)結(jié)復(fù)合材

3、料具有重要的意義。
　　因此，本文主要探究 CdS基的一維納米線(xiàn)的合成及其光電學(xué)性質(zhì)，包括一維 CdS納米線(xiàn)、CdS/SnO2、CdS/ZnO核殼納米線(xiàn)的制備，及其電學(xué)輸運(yùn)性質(zhì)和微區(qū)電學(xué)性質(zhì)的研究。其中CdS納米線(xiàn)利用溶劑熱法制備，殼層材料利用原子層沉積(ALD)技術(shù)制備。利用叉指電極構(gòu)筑器件，研究CdS相關(guān)納米線(xiàn)的電流-電壓(I-V)特性和光響應(yīng)(I-T)特性；利用原子力顯微鏡(AFM)的不同模式研究了CdS基納米線(xiàn)的表面電荷分

4、布、表面電勢(shì)和縱向電流等微區(qū)電學(xué)性質(zhì)。論文主要分為以下三個(gè)部分：
　　(1) CdS納米線(xiàn)的合成及光電性質(zhì)研究。通過(guò)控制溶劑熱法的反應(yīng)條件制備CdS納米線(xiàn)，形貌和物相分析結(jié)果表明獲得的產(chǎn)物純度高，尺寸均勻，且結(jié)晶性好。將 CdS納米線(xiàn)分散到叉指電極上構(gòu)筑光電探測(cè)原型器件，利用探針臺(tái)和半導(dǎo)體測(cè)試儀研究了CdS納米線(xiàn)光電探測(cè)器的I-V特性和光響應(yīng)特性。測(cè)試結(jié)果顯示器件的光電流強(qiáng)度達(dá)到10-7A，在正5 V偏壓5.8mW/cm2紫外光強(qiáng)

5、下器件紫外光檢測(cè)開(kāi)關(guān)比Ilight/Idark約為105。將CdS納米線(xiàn)分散到ITO基底上，利用掃描探針的不同測(cè)試模式研究其微區(qū)電學(xué)性質(zhì)：靜電力(EFM)測(cè)試結(jié)果表明CdS納米線(xiàn)表面電荷分布均勻，且表面帶正電荷；開(kāi)爾文探針(KPFM)模式，獲得了單根CdS納米線(xiàn)的表面電勢(shì)圖，并由此可以計(jì)算得到CdS納米線(xiàn)的功函為4.25 eV；導(dǎo)電探針(C-AFM)模式，測(cè)試結(jié)果顯示CdS納米線(xiàn)的載流子沿軸向運(yùn)輸。
　　(2) CdS/SnO2核

6、殼納米線(xiàn)的制備及其電學(xué)性質(zhì)的研究。利用ALD法在CdS納米線(xiàn)表面沉積殼層SnO2，制備CdS/SnO2核殼納米線(xiàn)，并研究其I-V特性和光響應(yīng)性質(zhì)。結(jié)果表明沉積90個(gè)循環(huán)SnO2時(shí)，光電流達(dá)到10-6 A，具有較快的光響應(yīng)和光回復(fù)時(shí)間，且穩(wěn)定性好，檢測(cè)光強(qiáng)范圍寬。但是由于暗電流較大，開(kāi)關(guān)比較小，Ilight/Idark約為10。微區(qū)電學(xué)表征結(jié)果表明 CdS/SnO2納米線(xiàn)表面電荷分布均勻，并且光照下納米線(xiàn)表面電勢(shì)有明顯的變化，載流子沿納米

7、線(xiàn)軸向輸運(yùn)。
　　(3) CdS/ZnO核殼納米線(xiàn)的制備及其電學(xué)性質(zhì)的研究。以CdS納米線(xiàn)為前驅(qū)體，利用ALD法沉積殼層ZnO，制備CdS/ZnO核殼納米線(xiàn)，并研究其紫外光檢測(cè)性質(zhì)和微區(qū)電學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明CdS/ZnO納米線(xiàn)器件的光電流達(dá)到10-5 A，和純CdS納米線(xiàn)器件相比，CdS和 ZnO之間的光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致紫外光開(kāi)關(guān)比提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到107。微區(qū)電學(xué)性質(zhì)測(cè)試結(jié)果表明核殼納米線(xiàn)材料的表面電荷分布均勻，并在光照條件