幾種一維半導體合金納米結(jié)構(gòu)的合成及其光電性質(zhì)的研究.pdf

1、最近二十年來，一維半導體納米結(jié)構(gòu)引起了人們的廣泛關注。特別地，一維合金納米結(jié)構(gòu)由于其具有可調(diào)諧的光電性質(zhì)更是成為研究的焦點。本論文中，我們通過改進的化學氣相沉積法合成了幾種一維半導體納米結(jié)構(gòu)以及合金半導體納米結(jié)構(gòu)，如高質(zhì)量的CdTe和ZnTe納米線，組分可調(diào)的CdZnTe合金納米結(jié)構(gòu)，ZnCdTeSe合金納米帶，以及寬帶隙可調(diào)的ZnGaAsSe合金納米線等。此外，我們利用水熱法合成了TiO2納米棒陣列束。對這些合成的一維納米結(jié)構(gòu)進行相應

2、的形貌、組分和結(jié)構(gòu)表征，進而利用掃描近場光學顯微鏡系統(tǒng)和自組裝的表面光電壓系統(tǒng)等研究了其光致發(fā)光、光波導以及表面光電壓特性等。主要研究內(nèi)容體現(xiàn)如下:
　　1.通過改進的化學氣相沉積法合成了高質(zhì)量的CdTe和ZnTe納米線。研究發(fā)現(xiàn)合成的CdTe以及ZnTe納米線具有很高的結(jié)晶質(zhì)量，屬于立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)。對于合成的CdTe納米線我們研究了其表面光電壓性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)合成的CdTe納米線具有非常寬的表面光電壓響應范圍，覆蓋整個可見光譜區(qū)域。而

3、對于ZnTe納米線我們研究了其單根的光學性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)ZnTe納米線具有很強的帶邊發(fā)射，并且具有較好的光波導特性，其波導后的光譜相對原位光譜具有紅移特性。
　　2.半導體合金納米具有隨組分可調(diào)的帶隙，因此為功能可調(diào)寬帶響應光電器件提供了材料平臺。本章中，我們采用簡單的一步法合成了高質(zhì)量的單晶Cd1-xZnxTe合金納米結(jié)構(gòu)。該合金納米結(jié)構(gòu)在全組分范圍內(nèi)可調(diào)，并且不同組分集成在單襯底上。XRD和TEM表征發(fā)現(xiàn)不同組分的合金都具有相同的立

4、方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，并且其晶格常數(shù)隨著Cd含量的增加而增加。光致發(fā)光測試顯示這些組分可調(diào)的合金納米結(jié)構(gòu)具有隨著組分而變化的近帶邊發(fā)光，其峰值波長在554nm～819nm范圍連續(xù)可調(diào)。這種全組分范圍可調(diào)的Cd1-xZnxTe合金納米結(jié)構(gòu)將會在近紅外功能可調(diào)光電子器件領域具有潛在的應用價值，例如高性能太陽能電池，變波長光探測器等。
　　另外，我們還采用了兩步生長法獲得了ZnCdTe合金納米線。有趣的是，合成的產(chǎn)物中除了納米線外，還有部分分支

5、納米結(jié)構(gòu)。進一步我們采用TEM表征了分支納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)信息和組分，發(fā)現(xiàn)分支結(jié)構(gòu)的主干和分支具有相同的組分，但是其生長方向不同。最后，我們提出了離子交換機制解釋了其生長過程。這種分支納米結(jié)構(gòu)在集成光電子組件中具有潛在的應用。
　　3.基于CVD方法，我們獲得了ZnCdSeTe四元合金納米帶。SEM表征發(fā)現(xiàn)合成的產(chǎn)物主要是錐形納米帶，XRD測試發(fā)現(xiàn)合成的納米帶為立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)。微結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn)，合成的四元合金納米帶具有較好的結(jié)晶質(zhì)量和

6、優(yōu)先的[111]生長方向。通過TEM攜帶的能譜儀發(fā)現(xiàn)，合成的產(chǎn)物主要含有Zn，Cd，Se和Te四種元素，并且其組分為Zn0.85Cd0.15Se0.86Te0.14。在激光的激發(fā)下，這些四元合金納米帶具有一個峰值波長在570nm的發(fā)光峰，通過分析來自帶邊發(fā)光。
　　4.組分可調(diào)的半導體合金納米線為實現(xiàn)多帶隙太陽能電池提供了材料平臺。本章中，我們采用temperature/space選擇CVD方法，首次在單襯底上合成了組分可調(diào)的Ga

7、ZnSeAs四元合金納米線。在激光的泵浦下，該特殊的四元合金納米具有組分相關的特征發(fā)射光譜，其峰值波長可以從470nm(2.64eV)調(diào)節(jié)到832nm(1.49eV)，幾乎覆蓋整個可見光譜區(qū)域。表面光電壓測試發(fā)現(xiàn)，該合金樣品沿著襯底長度方向具有不同的帶隙，因而是實現(xiàn)高效LAMB太陽能電池的理想材料。
　　5.此外，我們利用水熱法合成了納米線陣列束，并且考察了在反應前驅(qū)物的量對合成產(chǎn)物的影響。利用自組裝的表面光電壓譜儀研究了合成的納