ZnO、InN納米材料的制備及單根ZnO納米線太赫茲探測器的研究.pdf

1、太赫茲光子能量(0.41-41.4meV)與材料分子的低頻率振動以及轉(zhuǎn)動能量相匹配，太赫茲波技術(shù)為物質(zhì)的表征和操控提供了廣闊的空間。
　　本論文分別從納米線材料的制備與表征、單根ZnO納米線場效應(yīng)晶體管的制備及光電性能表征和場效應(yīng)晶體管對太赫茲波的響應(yīng)等三方面做了研究，具體內(nèi)容如下：
　?。?）介紹 ZnO、InN納米材料的晶體結(jié)構(gòu)和基本性能，常見的制備方法，歸納和總結(jié)了國內(nèi)納米材料在微納半導(dǎo)體器件的應(yīng)用情況；
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2、2）用化學(xué)氣相沉積法制備了納米柱、納米線、納米梳、倒三腳架形納米結(jié)構(gòu)、納米陣列和未見報道的刺猬狀納米結(jié)構(gòu)等六種 ZnO納米材料。采用SEM、XRD、Raman和TEM等分析測試手段對其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，用PL譜研究了其光學(xué)特性。結(jié)果表明， ZnO納米柱和刺猬狀徑向生長的納米線是六方鉛鋅礦單晶結(jié)構(gòu)，生長方向為[001]，(002)原子面晶格間距為0.25nm；在380nm處有由禁帶附近自由激子的復(fù)合產(chǎn)生的紫外光發(fā)射峰，在500nm處基

3、本沒有由氧空位和其它缺陷帶來的綠光發(fā)射峰。此外，重點研究了刺猬狀 ZnO納米結(jié)構(gòu)，通過用 SEM觀察其在同一生長條件不同生長階段的形貌，并提出三階段生長機(jī)理；刺猬狀 ZnO納米結(jié)構(gòu)核心位置的PL強(qiáng)度是徑向生長納米線中間位置的2倍，是外邊緣位置的14倍；用 FDTD軟件模擬刺猬狀ZnO納米結(jié)構(gòu)的光捕獲能力，進(jìn)一步表明其中心的發(fā)光強(qiáng)度至少是外部邊緣部分的5倍以上。
　?。?）在大小為1.5cm2、厚度為400μm的 P型Si的上表面覆

4、蓋一層厚為300nm的 SiO2絕緣層的襯底上制備了單根 ZnO納米線場效應(yīng)晶體管。用FESEM觀察了器件的形貌，并用PL譜和半導(dǎo)體參數(shù)分析儀研究了其光電學(xué)性能。結(jié)果表明，目標(biāo) ZnO納米線在380nm處有由禁帶附近自由激子的復(fù)合產(chǎn)生的紫外光發(fā)射峰，在500nm處基本沒有因為氧空位和其它缺陷帶來的綠光發(fā)射峰；器件載流子濃度達(dá)8.1×1017m?3，遷移率為220cm2/VS，表現(xiàn)出優(yōu)異的光電學(xué)性能。
　　（4）首次將單根 ZnO納

5、米線場效應(yīng)晶體管應(yīng)用于等離子波太赫茲探測。結(jié)果表明，室溫下，在0.3THz波激射能量800μW的情況下，器件的最大響應(yīng)值達(dá)34 mV/W；從理論上解釋了0.3THz最大響應(yīng)值在FET器件的閥值電壓出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象；探討了 THz器件的探測機(jī)理；通過計算得出最大響應(yīng)值34 mV/W時的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.24，驗證了器件的精確性；同時驗證了器件的耐用性；通過對比不同遷移率的單根ZnO納米線場效應(yīng)晶體管在相同情況下的THz響應(yīng)值，得出材料的結(jié)晶性越

6、好，晶體管器件的載流子遷移率越高，太赫茲探測響應(yīng)值就越高的結(jié)論。
　?。?）在60nm膠體金的催化下用化學(xué)氣相沉積法制備了InN納米線，和未見文獻(xiàn)報道的納米鏈以及納米葉 InN納米材料。采用 SEM、XRD、EDS和TEM等分析測試手段對其形貌、成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。PL譜研究了其光學(xué)特性，在0.73eV處有由InN禁帶邊緣的紅外激射導(dǎo)致的激發(fā)峰。此外，重點研究了InN納米鏈結(jié)構(gòu)，根據(jù) Wulff晶體堆積規(guī)則以及 BFDH晶面生長