氧化锌微纳米线及异质结材料与光电器件
发布时间：2020-12-03 22:57
氧化锌（ZnO）是一种Ⅱ-Ⅵ族直接带隙n型半导体,室温下禁带宽度约3.37 eV,激子束缚能约60 meV,是短波光电器件的优选材料。与体材料相比,ZnO微纳米线具有更大的比表面积、表面态密度和载流子迁移率,在发光和紫外探测领域极具应用前景。但目前报道的多数ZnO纳米线光电探测器存在量子效率低、光电响应速度慢及器件制备复杂、阵列集成困难等问题。针对以上问题,本文作者开展了 ZnO微纳米线的可控制备、异质结构筑及不同类型的光电器件加工,进行器件性能调控和相关物理机制分析,并创新性地将ZnO纳米线光电探测扩展到光电存储领域。主要的研究成果如下:1.ZnO纳米线的制备与光电性能研究采用化学气相沉积（CVD）方法制备了 ZnO纳米线,通过改变管内压强、氧气流速等参数实现ZnO不同形貌结构的调控;利用湿法转移技术,将ZnO纳米线分散转移到目标衬底上,通过优化分散及转移步骤实现高质量的单根ZnO纳米线晶体管的制备。该器件呈现典型的耗尽型n型半导体特征,实验结果表明其电流开关比达1O4,迁移率约3535cmV-1s-1。单根ZnO纳米线器件对355 nm紫外光的响应度高达106A/W,证明其具有良好...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＺｎＯ纤锌矿结构模型示意图［１］??ＺｎＯ结构中Ｚｎ２＋和０２＿相互交错在（０００１）方向形成极性面，在生长过程中??
相关研究最多。??纤锌矿结构属六方晶系，晶格常数分别为ａ＝３．２５Ａ，ｃ＝５．２?Ａ，?ｃ／ａ的比率约??为１．６，接近１．６３３的理想六边形。如图１．１所示，ＺｎＯ的晶胞是按照一个Ｚｎ??原子和四个０原子呈四面体排布，同样每个０原子和四个Ｚｎ原子也是呈四面??体结构排布。从［０００１］方向上观察，Ｚｎ原子和０原子按照沿ｃ轴交替堆叠按??ＡＢＡＢＡＢ方式堆积起来的，因此ＺｎＯ包含了两种极性面：Ｚｎ原子极性面（０００１）??和０原子极性面（０００１）。这种四面体结构，使ＺｎＯ沿Ｃ轴方面呈现极化特性，??在压电、极化等领域有着特殊的应用。??＾?ｒ％?ｆ－??／ａ＼?ｒｒｉＴ?ｔｔ??Ｌ?＿?？你保．，??图１．１?ＺｎＯ纤锌矿结构模型示意图［１］??ＺｎＯ结构中Ｚｎ２＋和０２＿相互交错在（０００１）方向形成极性面，在生长过程中??两个不同极性面ＺｎＯ生长速率差别较大，因此ＺｎＯ具有非常丰富的纳米结构，??包含：纳米线［２－４］、纳米带［５］、纳米梳［６
（Ｆ－Ｐ）微腔［２３］??他们采用了波长为２６６?ｎｍ，脉冲宽度３ｎｓ的四倍频Ｎｄ：?ＹＡＧ激光器作为??激发光源，在室温下进行激发，结果如图１．３所示。从图１．３ａ中可以看出：当激??发功率提高到４０?ｋＷ／ｃｍ２时，ＺｎＯ纳米线阵列的发光峰线宽低于０．３?ｎｍ，比自发??辐射光谱缩小了?５０多倍。激光产生效率的提高不仅得益于ＺｎＯ的宽禁带和大的??激子结合能，还得益于一维材料的量子尺寸效应。在ＺｎＯ纳米线的两端，蓝宝??石和空气构成了?Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ?（Ｆ－Ｐ）微腔，光在纳米线两端进行多次震荡，从而??实现了较高的光增益。??六方纤锌矿的ＺｎＯ结构自身具有光学谐振腔作用，是一种天然光波导。在??２００８年，徐春祥课题组［２４］在ＺｎＯ微米线中实现了回音壁（ＷＧＭ）微腔激光模??式，采用Ｎｄ：ＹＡＧ纳秒激光器为激发光源，发光波长为３５５?ｎｍ，脉冲８ｎｍ，频??率１０?Ｈｚ，能量为３５０?ｍＪ，以６０°的入射角激射ＺｎＯ微米线侧面。光在六边体??的ＺｎＯ微米线内壁面形成多次全反射
本文编号：2896601
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＺｎＯ纤锌矿结构模型示意图［１］??ＺｎＯ结构中Ｚｎ２＋和０２＿相互交错在（０００１）方向形成极性面，在生长过程中??
相关研究最多。??纤锌矿结构属六方晶系，晶格常数分别为ａ＝３．２５Ａ，ｃ＝５．２?Ａ，?ｃ／ａ的比率约??为１．６，接近１．６３３的理想六边形。如图１．１所示，ＺｎＯ的晶胞是按照一个Ｚｎ??原子和四个０原子呈四面体排布，同样每个０原子和四个Ｚｎ原子也是呈四面??体结构排布。从［０００１］方向上观察，Ｚｎ原子和０原子按照沿ｃ轴交替堆叠按??ＡＢＡＢＡＢ方式堆积起来的，因此ＺｎＯ包含了两种极性面：Ｚｎ原子极性面（０００１）??和０原子极性面（０００１）。这种四面体结构，使ＺｎＯ沿Ｃ轴方面呈现极化特性，??在压电、极化等领域有着特殊的应用。??＾?ｒ％?ｆ－??／ａ＼?ｒｒｉＴ?ｔｔ??Ｌ?＿?？你保．，??图１．１?ＺｎＯ纤锌矿结构模型示意图［１］??ＺｎＯ结构中Ｚｎ２＋和０２＿相互交错在（０００１）方向形成极性面，在生长过程中??两个不同极性面ＺｎＯ生长速率差别较大，因此ＺｎＯ具有非常丰富的纳米结构，??包含：纳米线［２－４］、纳米带［５］、纳米梳［６
（Ｆ－Ｐ）微腔［２３］??他们采用了波长为２６６?ｎｍ，脉冲宽度３ｎｓ的四倍频Ｎｄ：?ＹＡＧ激光器作为??激发光源，在室温下进行激发，结果如图１．３所示。从图１．３ａ中可以看出：当激??发功率提高到４０?ｋＷ／ｃｍ２时，ＺｎＯ纳米线阵列的发光峰线宽低于０．３?ｎｍ，比自发??辐射光谱缩小了?５０多倍。激光产生效率的提高不仅得益于ＺｎＯ的宽禁带和大的??激子结合能，还得益于一维材料的量子尺寸效应。在ＺｎＯ纳米线的两端，蓝宝??石和空气构成了?Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ?（Ｆ－Ｐ）微腔，光在纳米线两端进行多次震荡，从而??实现了较高的光增益。??六方纤锌矿的ＺｎＯ结构自身具有光学谐振腔作用，是一种天然光波导。在??２００８年，徐春祥课题组［２４］在ＺｎＯ微米线中实现了回音壁（ＷＧＭ）微腔激光模??式，采用Ｎｄ：ＹＡＧ纳秒激光器为激发光源，发光波长为３５５?ｎｍ，脉冲８ｎｍ，频??率１０?Ｈｚ，能量为３５０?ｍＪ，以６０°的入射角激射ＺｎＯ微米线侧面。光在六边体??的ＺｎＯ微米线内壁面形成多次全反射
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