ZnO、InN纳米材料的制备及单根ZnO纳米线太赫兹探测器的研究

发布时间：2019-09-16 00:01

【摘要】：太赫兹光子能量(0.41-41.4me V)与材料分子的低频率振动以及转动能量相匹配,太赫兹波技术为物质的表征和操控提供了广阔的空间。本论文分别从纳米线材料的制备与表征、单根Zn O纳米线场效应晶体管的制备及光电性能表征和场效应晶体管对太赫兹波的响应等三方面做了研究,具体内容如下:(1)介绍Zn O、In N纳米材料的晶体结构和基本性能,常见的制备方法,归纳和总结了国内纳米材料在微纳半导体器件的应用情况;(2)用化学气相沉积法制备了纳米柱、纳米线、纳米梳、倒三脚架形纳米结构、纳米阵列和未见报道的刺猬状纳米结构等六种Zn O纳米材料。采用SEM、XRD、Raman和TEM等分析测试手段对其形貌和结构进行了表征,用PL谱研究了其光学特性。结果表明,Zn O纳米柱和刺猬状径向生长的纳米线是六方铅锌矿单晶结构,生长方向为[001],(002)原子面晶格间距为0.25nm;在380nm处有由禁带附近自由激子的复合产生的紫外光发射峰,在500nm处基本没有由氧空位和其它缺陷带来的绿光发射峰。此外,重点研究了刺猬状Zn O纳米结构,通过用SEM观察其在同一生长条件不同生长阶段的形貌,并提出三阶段生长机理;刺猬状Zn O纳米结构核心位置的PL强度是径向生长纳米线中间位置的2倍,是外边缘位置的14倍;用FDTD软件模拟刺猬状Zn O纳米结构的光捕获能力,进一步表明其中心的发光强度至少是外部边缘部分的5倍以上。(3)在大小为1.5cm2、厚度为400μm的P型Si的上表面覆盖一层厚为300nm的Si O2绝缘层的衬底上制备了单根Zn O纳米线场效应晶体管。用FESEM观察了器件的形貌,并用PL谱和半导体参数分析仪研究了其光电学性能。结果表明,目标Zn O纳米线在380nm处有由禁带附近自由激子的复合产生的紫外光发射峰,在500nm处基本没有因为氧空位和其它缺陷带来的绿光发射峰;器件载流子浓度达8.1×1017m-3,迁移率为220cm2/VS,表现出优异的光电学性能。(4)首次将单根Zn O纳米线场效应晶体管应用于等离子波太赫兹探测。结果表明,室温下,在0.3THz波激射能量800μW的情况下,器件的最大响应值达34 m V/W;从理论上解释了0.3THz最大响应值在FET器件的阀值电压出现的实验现象;探讨了THz器件的探测机理;通过计算得出最大响应值34 m V/W时的标准偏差为0.24,验证了器件的精确性;同时验证了器件的耐用性;通过对比不同迁移率的单根Zn O纳米线场效应晶体管在相同情况下的THz响应值,得出材料的结晶性越好,晶体管器件的载流子迁移率越高,太赫兹探测响应值就越高的结论。(5)在60nm胶体金的催化下用化学气相沉积法制备了In N纳米线,和未见文献报道的纳米链以及纳米叶In N纳米材料。采用SEM、XRD、EDS和TEM等分析测试手段对其形貌、成分和结构进行了表征。PL谱研究了其光学特性,在0.73e V处有由In N禁带边缘的红外激射导致的激发峰。此外,重点研究了In N纳米链结构,根据Wulff晶体堆积规则以及BFDH晶面生长公式,用Win X-morph软件计算得出其晶体结构;通过用SEM观察In N纳米链结构在同一生长条件不同生长阶段的形貌,提出三阶段生长机理。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1

【参考文献】