氧化物半導體納米結構的制備及其光電性能研究.pdf

1、氧化物半導體納米材料向我們展現(xiàn)出了很好的應用前景，更深入的工作涉及到納米材料的應用和納米器件的構筑上。目前研究的重點集中在單個原型器件的制備及性能測試方面?；诖吮菊撐牡墓ぷ髦攸c將集中在氧化物半導體納米結構物性測試上和納米器件的構筑及其光電性能評價方面。
　　 對于復合體系的氧化物半導體納米薄膜來說，深入的了解復合薄膜的優(yōu)異的物性的原因是目前需要解決的問題，本論文中我們選擇了具有能級匹配關系WO3/TiO2復合薄膜進行研究。深入

2、的了解復合薄膜在表界面處的光電分離和傳輸?shù)那闆r，為構筑薄膜類的光電子器件提供試驗上的支持和理論上的依據(jù)。隨著以后納米材料的器件化和應用化考慮，準一維的納米結構將在納米器件的構筑和應用中起到很大的作用。在基于一維納米材料構筑器件的過程中，金屬電極與納米線的接觸以及納米線本身的輸運特性仍然存在很多問題。特別是對于氧化物半導體納米材料來說，其表面有大量的懸空鍵和氧空位可以形成表面態(tài)來影響器件的性能。另外利用光照可以激發(fā)半導體氧化物產生電子空穴

3、對，從而調控一維納米材料電荷傳輸性質，同時光照也可以消除氧化物半導體的表面態(tài)，從而影響器件的輸運特性。
　　 在第一章中，我們對氧化物半導體納米材料的研究現(xiàn)狀和納米結構物性的測量方法進行了綜述。指出了目前氧化物納米結構研究所存在的問題，提出了本論文的研究目標和主要研究內容。
　　 在第二章中，我們通過溶膠—凝膠法成功制備了復合結構的WO3/TiO2納米薄膜，利用原子力顯微鏡更直接能表征電荷轉移的這一性能的模式KFM，對復

4、合結構的薄膜在微區(qū)的光電荷轉移過程進行了研究。結果發(fā)現(xiàn)，由于三氧化鎢和二氧化鈦二者之間的能級匹配關系，通過有效的復合二者之間確實發(fā)生了光電荷轉移，使我們能夠更清楚的認識到復合結構的薄膜在光激發(fā)的情況下所具有的光開關的效應的內在原因。多層復合結構WO3-TiO2納米薄膜在光照下也有光電荷的轉移和傳輸，而且多層復合結構的WO3-TiO2在光照下正負兩個方向上均有光開關的效應。復合多層膜的光開關效應更進一步表明光電荷在三氧化鎢和二氧化鈦表界面

5、之間的轉移和傳輸。對復合納米薄膜的研究為發(fā)展新型的薄膜納米光電子器件做了很好的前期的理論工作。
　　 在第三章中，用熱蒸發(fā)法制備了單晶六方晶相的WO3納米線，用交流電場輔助的方法組裝納米線，實現(xiàn)了單根WO3納米線的組裝。在紫外光和暗態(tài)的情況下對單根WO3納米線器件進行光電輸運性質的研究。發(fā)現(xiàn)在暗態(tài)下Ⅰ-Ⅴ曲線顯示了非線性的整流的特性。這主要是因為在電場組裝三氧化鎢納米線的過程中形成兩個背靠背的不對稱的肖特基勢壘。在加紫外光時，電

6、流值有很大的提高，而且其整流性能降低，這是因為由于所形成的兩個內建電場在偏壓下的不對稱變化所引起的表面帶彎從而導致了兩個肖特基勢壘的不對稱變化。
　　 在第四章中，利用氣相沉積法制備二氧化錫納米帶。用原子力顯微鏡的電學測量模式對納米帶的縱向電學特性進行分析，發(fā)現(xiàn)金屬探針與納米帶形成了肖特基接觸。利用電場組裝的方法在金電極上構筑基于二氧化錫納米帶的納米器件。通過Ⅰ-Ⅴ曲線分析器件的橫向輸運特性。同時利用光照來調控肖特基勢壘的高度，

7、從而調控二氧化錫納米帶的輸運特性，通過光照后不同時間段的Ⅰ-Ⅴ曲線測試分析，發(fā)現(xiàn)在光照2分鐘的時候光電流可以達到最大值，而去光后，電流的恢復時間較長。在對基于二氧化錫納米器件的輸運特性的研究中我們發(fā)現(xiàn)其在電壓掃描情況下具有存貯和電學開關效應。此現(xiàn)象在以二氧化錫納米帶構筑的納米器件中還尚未報道，初步分析造成這種電阻開關效應的原因是因為納米帶與電極之間的肖特基接觸，而偏壓能造成氧的脫附從而改變了肖特基的勢壘高度，從而起到了開關的作用。二氧化

8、錫納米帶表現(xiàn)出了一系列的優(yōu)異特性，為此我們用掃描探針顯微鏡的電流像模式對納米器件進行電流像分析，深刻理解電流在器件工作狀態(tài)時的分布情況。研究結果表明在金屬電極與納米帶接觸的地方電流會出現(xiàn)耗盡的情況。而在納米帶懸空的區(qū)域，電流在納米帶上呈現(xiàn)出條紋狀的分布。
　　 第五章中，我們通過簡單浸泡的方法對SnO2納米帶進行修飾。結果顯示通過簡單的浸泡的方法合成了復合結構的Ag/SnO2納米帶。用表面光電壓的方法對復合結構的納米帶的光電特性

9、進行分析，結果表明由于Ag納米粒子的存在使得復合后的SPV響應減小。利用導電原子力顯微鏡的電流成像模式對復合結構的Ag/SnO2納米帶的電流像進行分析，微區(qū)的電流分布圖使得我們清楚的看到Ag納米粒子和納米帶復合處的電流的分布情況。通過用電場輔助組裝的方法把納米帶組裝到金屬Pt電極上，研究結果表明負載了Ag納米粒子后納米帶的電流減小，分析認為電流減小的原因是由于局域的肖特基結在Ag粒子附近的SnO2納米帶表面形成耗盡層，減小了納米帶的有效