ZnO-SnS納米異質結陣列的制備及光電特性研究.pdf

1、針對新型半導體材料ZnO及SnS各自的特點及性質，本文通過熱蒸發(fā)及電鍍工藝，在水熱合成法制備的取向n型ZnO納米線陣列上包覆一層p型SnS半導體膜層，組成n-ZnO/p-SnS核殼結構的ZnO/SnS納米異質結陣列，研究了其生長機理、微結構及光電特性。研究結果可為開發(fā)新型太陽能電池、紫外探測器、LED器件及傳感器提供研究基礎。本論文主要研究內容如下:
　　(1)采用水熱合成法制備了取向ZnO納米線陣列。實驗中，以鋅片作為襯底，以氨

2、水溶液為反應溶液，在反應釜中制備了ZnO納米線陣列。通過改變反應溶液的濃度、壓強和反應時間，在不同條件下，制備了不同的ZnO納米線陣列樣品。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)光譜和光致發(fā)光(PL)等測試技術，對制備樣品的表面形貌、晶體結構、擇優(yōu)取向性及光致發(fā)光特性進行了分析表征，建立了各種形態(tài)與反應條件間的對應關系，討論了實驗條件對納米線生長結構的影響。
　　(2)論文采用真空蒸發(fā)法、電沉積法在Si片及取向ZnO

3、納米線陣列上沉積或包覆了SnS膜層，制備了n-ZnO/p-SnS核殼納米異質結陣列。利用XRD光譜、SEM、PL光譜等對樣品的微結構及形貌進行了分析表征，并開展了不同條件下制備樣品的對比分析。通過改變電壓、溶液濃度、反應時間等條件，研究了電沉積法實驗條件對制備的SnS晶體包覆層性能的影響;通過改變反應溫度、真空度、樣品架與蒸發(fā)源間距離等條件，分析了真空蒸發(fā)法實驗條件對制備的SnS晶體膜層性能的影響。并對兩種方法制備的樣品進行了對比分析，

4、發(fā)現(xiàn)電沉積法制備的SnS包覆層效果較好。最佳工藝條件為，反應溶液的濃度為5mmol，時間10s，電壓為0.2V。論文還研究了退火處理對電沉積法制備的ZnO/SnS異質結樣品的作用效果。發(fā)現(xiàn)樣品經(jīng)200℃溫度，進行1h退火處理后，異質結中SnS樣品的結晶度有所提高，生長缺陷明顯減少，pn異質結的(Ⅳ)接觸特性有所改善，光電特性較好。
　　(3)論文研究了制備出的n-ZnO/p-SnS核殼結構納米異質結陣列的光電特性。發(fā)現(xiàn)ZnO納米線

5、直徑越大，ZnO/SnS納米異質結形成pn結的內阻就越小，陣列的(Ⅳ)接觸特性就越好;反之，納米線直徑越小，因比表面積增加，pn結的內阻及接觸勢壘就越大。電沉積法形成的ZnO/SnS納米異質結陣列的接觸特性好于熱蒸發(fā)法制備的樣品。隨ZnO納米線直徑的減小，異質結陣列的光電流逐漸增大。在相同的沉積條件下，電沉積溶液濃度過高或過低都會造成SnS包覆層厚度過厚或過薄，都會影響pn結樣品的接觸特性及光電轉換特性，實驗發(fā)現(xiàn):電鍍中，SnCl2·2