半導(dǎo)體準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)及其摻雜的制備、表征與發(fā)光特性研究.pdf

1、半導(dǎo)體準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)材料、有序納米陣列體系的研究對(duì)于納米尺寸功能器件的研制及其在實(shí)際工作中的應(yīng)用都具有極其重要的意義。本工作主要研究了Mn摻雜氧化鋅(ZnO)準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)材料的制備、其微結(jié)構(gòu)的表征、變溫光致發(fā)光特性和強(qiáng)紫外發(fā)射的機(jī)理；研究了采用有序納米模板合成氮化銦(InN)納米線陣列體系的制備、微結(jié)構(gòu)的表征、有序納米陣列的Raman光譜和Infrared吸收譜；利用硫化鎘(CdS)和鋅(Zn)為原料，采用離子置換方法，制備硫化鋅(Z

2、nS)納米帶，對(duì)其微結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了研究。內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 1、采用純鋅粉和乙酸錳做為原材料，在高溫下成功地合成了大量錳摻雜氧化鋅(ZnO)準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)材料，納米線直徑為數(shù)十納米，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)微米甚至幾十微米；分析了它們的生長(zhǎng)過(guò)程及機(jī)理，發(fā)現(xiàn)其生長(zhǎng)遵循氣-固(VS)機(jī)理；研究了摻雜錳氧化鋅(ZnO)準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的常溫發(fā)光特性，對(duì)其發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了初步的解釋和探討；采用變溫控制裝置，研究了環(huán)境溫度10K～300K條件下

3、，錳摻雜氧化鋅(ZnO)準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的超強(qiáng)紫外發(fā)光特性和多峰發(fā)射特性，探明其機(jī)理主要是由于激子所致。變溫Mn摻雜氧化鋅(ZnO)納米線在10K-300K的光致發(fā)光特性顯示：在紫外區(qū)域有強(qiáng)的發(fā)射和多峰結(jié)構(gòu)發(fā)射(大約3.4 eV～3.0eV),和綠色波段的發(fā)射(大約2.6 eV～2.2 eV)。激子躍遷的研究顯示Mn摻雜氧化鋅(ZnO)納米線在低溫有強(qiáng)烈紫外線周期性發(fā)射，且這種周期結(jié)構(gòu)的能量間隔大約是70meV。這種周期振蕩的原因主要?dú)w因

4、于自由激子的縱向光學(xué)聲子伴線。隨著測(cè)試溫度的升高紫外發(fā)射峰逐漸顯示出紅移現(xiàn)象。上述分析結(jié)果表明在制備高質(zhì)量的氧化鋅(ZnO)納米線、減少固有缺陷、以及使氧化鋅(ZnO)納米線具有好的導(dǎo)電率，Mn的摻雜扮演了一個(gè)非常重要的角色，使得晶體的質(zhì)量和發(fā)光效率都得到了改善。
　　 2、利用電化學(xué)沉積和氣相反應(yīng)方法在有序納米模板上制備半導(dǎo)體氮化銦(InN)有序納米陣列。首先采用電化學(xué)沉積方法將金屬銦(In)納米顆粒引入Al2O3有序陣列模

5、板納米通道中，制備有序金屬銦(In)納米線陣列。然后采用氣相反應(yīng)原理，通過(guò)In和NH3直接反應(yīng)在模板的有序納米通道中合成InN納米絲有序陣列體系。其形貌和微結(jié)構(gòu)通過(guò)X射線衍射譜、掃描電鏡與透射電鏡、高分辨電鏡等手段進(jìn)行表征。結(jié)果顯示：氮化銦納米線整齊地生長(zhǎng)在模板的納米通道內(nèi)，納米線的直徑與模板納米通道的內(nèi)徑大小基本一致。對(duì)InN納米絲有序陣列的Raman背向散射譜進(jìn)行了研究與比較。結(jié)果顯示：氮化銦納米線陣列的Raman特征與塊狀六方纖鋅

6、礦結(jié)構(gòu)的氮化銦特征一致，聲子振動(dòng)模式A1(TO)、E1(TO)和E2(high)對(duì)應(yīng)的頻率是：440cm-1、472 cm-1和490cm-1。
　　 3、采用純鋅粉(Zn)和硫化鎘納米粉(CdS)作為原材料，基于替換反應(yīng)的離子交換方法，金納米顆粒(Au)作為催化劑，利用金屬催化合成方法成功合成了大量的硫化鋅(ZnS)納米帶。形貌和微結(jié)構(gòu)采用掃描電子顯微鏡和高分辨投射電子顯微鏡進(jìn)行表征，結(jié)果顯示：Si襯底上生成有大量硫化鋅(Z

7、nS)納米帶，且一簇一簇隨機(jī)地分布在襯底的表面，掃描電子顯微鏡放大每一簇納米帶的根部圖像進(jìn)一步顯示所有納米帶從一個(gè)生長(zhǎng)點(diǎn)長(zhǎng)出；這些納米帶沿著長(zhǎng)的方向具有均勻的橫截面，納米帶的長(zhǎng)度達(dá)到幾十微米、甚至幾百微米；對(duì)硫化鋅納米帶的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)硫化鋅納米帶的頂端有一顆球形狀的金(Au)納米顆粒，表明硫化鋅納米帶的生長(zhǎng)遵循金屬納米顆粒催化的氣-液-固(VLS)的生長(zhǎng)機(jī)制。另外在襯底上還觀測(cè)到硫化鋅納米梳、納米鋸、以及納米彈簧等新奇