ZnO超細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特的光學、電學、聲學以及力學特性,使其性能在許多情況下要比其相應的體相材料應用更廣泛。而ZnO作為一種很重要的II-VI族直接帶隙、寬禁帶的半導體材料,在室溫下能帶帶隙為3.37eV,激子束縛能高達60meV,使得其迅速成為半導體器件材料研究的熱點。
　　隨著研究的深入,人們發(fā)現納米線與金屬電極接觸時會形成肖特基勢壘,此時,納米線的電流輸運特性主要由勢壘控制,而不是由納米線本身的電阻控制。出現上述現象的主要原

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層。這種勢壘結構會導致納米線的輸運由肖特基勢壘控制,納米線本身電阻的變化對電流沒有顯著的影響。當納米線的直徑小于勢壘寬度的特征值時,此時納米線的表面勢壘無法形成,納米線處于完全耗盡的狀態(tài)。由于表面勢壘和高導層的消失,控制納米線輸運特性的就

3、不再是肖特基勢壘,而是納米線本身的電阻。因此,構筑基于超細納米線的檢測器件是解決上述問題的有效途徑,那么如何獲取超細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取得了長足的進步,但如何實現形貌、尺寸和結構可控制備依然是個很大的挑戰(zhàn),尤其是制備出直徑小于10nm的超細納米線。另外,在器件構筑方面,要構筑基于超細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、操作繁瑣復雜等。因此,在納米器件構筑方面

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ZnO納米線。并利用電子束曝光(EBL)技術,制備不同間距的納米電極。在上述兩部分工作的基礎之上構筑納米器件,并對其光電特性進行測試。
　　因此在本論文中,包括了以下幾個部分:
　　首先,我們通過簡單的溶劑熱法以及均勻沉淀法來實現 ZnO超細納米線的合成。通過對反應溫度、反應時間等實

5、驗參數進行系統(tǒng)地調控,最終通過溶劑熱方法制備出了直徑在4-10nm的ZnO超細納米線;同時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納米線產量低的問題。并通過SEM、TEM、HRTEM以及XRD等對納米線的形貌、尺寸以及結晶性等進行表征,同時也對其在室溫下的光學性質進行了研究。
　　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合力等因素,最終整合實驗條件制備出了電極間距分別在600、300、100nm左右的納米電極。通過對制備的電極進行SEM、AFM表征,結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電極進行I-V測試,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)的器件構筑工作。
　　最后,我們對ZnO超細納米線的光電器件進行了構筑,并測試了其光