一维ZnO纳米结构的光电特性及表面改性研讨.pdf

Photoelectric Properties and Surface Modification of One-Dimensional ZnO Nanostructures A Dissertation Submitted to the Graduate School of Henan University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science By Wang tian Supervisor: Prof. Zuliang Du Date May, 2013 摘 要 ZnO 是一种宽禁带半导体（禁带宽度为3.37eV ），激子束缚能高达60 meV，在许多 领域都有潜在的应用价值，尤其在电子学，光学，光电，压电，传感器，激光和发光二 极管上有重要的应用。而一维 ZnO 纳米线具有其它块状材料所不具备的表面效应、小 尺寸效应和宏观量子隧道效应等，这些优异的性能使一维 ZnO 纳米线广泛应用于发光 二极管，场效应晶体管，化学/气体传感器，光电检测器等。 尽管一维 ZnO 纳米线在紫外光电器件中展现出许多优异的性能，人们对基于半导 体纳米线肖特基势垒的一维光检测器件的性能也开展了许多研究工作，取得长足的进 展，但仍然存在一些问题。 对于一维 ZnO 紫外光电器件来说，灵敏度以及回复时间是衡量器件性能的关键参 数，如何得到更高的灵敏度以及更快的回复是研究人员一直关注的。经研究表明，一维 ZnO 纳米线的表面态决定了其紫外光电器件的性能，而对其进行表面改性是一种有效调 控表面态的手段。改性有表面等离子体处理，改变接触类型以及自组装分子层等方法。 表面等离子体处理是一种有效调控表面态的方法，但是其往往应用在薄膜或其它块状材 料，而对一维纳米材料的紫外光电性能影响缺乏研究；自组装的分子层能够通过物理或 化学作用复合在纳米线表面，进而调控纳米材料的表面态，改善纳米器件的性能。在肖 特基型接触的器件中，具体改性对肖特基势垒的影响是怎样的，往往缺乏研究。 在本论文中，我们使用两种改性方法（分别为等离子体处理和自组装分子层修饰） 来调控器件的表面态，进而改善器件的紫外光电性能。 第二章中通过VLS 催化生长法制备了ZnO 纳米线，并运用SEM、TEM(HRTEM)、 XRD 、XPS 等表征手段对其形貌和结构进行了表征。随后运用交流电电场组装的方法制 备了单根ZnO 纳米线器件。 第三章中对上一章制备的器件进行了I-V 测试，表明形成的是背靠背的肖特基接触， 电流受反向肖特基势垒的反向电流控制。探索了不同光照时间对光电流的影响，以及不 同光照强度对器件光电性能的影响，并对此进行了分析。氧等离子体处理使 ZnO 纳米 线的表面态发生了很大的变化，导致其紫外光检测性能大大提高，回复时间由3.3 s 缩 短到了0.7 s 。我们认为经过氧等离子体刻蚀后器件表面和氧有关的表面态变得丰富了。 I 另外做了对照实验，将另一器件通过惰性气体Ar 的等离子体处理，并对结果进行了讨 论。值得注意的是，经氧等离子体处理后的样品具有丰富的表面态，可以进一步提高气 体传感器的性能。 第四章中用两种自组装分子层对氧化锌纳米线进行改性，探索改性后对其电学输运 性质的影响，计算改性对肖特基势垒的影响，我们认为改性剂的加入在 ZnO