準(zhǔn)一維金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料的氣相合成、結(jié)構(gòu)表征及發(fā)光性能研究

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1、準(zhǔn)一維金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料的氣相合成、結(jié)構(gòu)表征及發(fā)光性能研究摘要近年來，一維納米材料因其在眾多領(lǐng)域所顯示出重要應(yīng)用前景而受到普遍重視。準(zhǔn)一維納米材料，包括納米線(棒)、納米管、納米帶、納米同軸電纜、異質(zhì)結(jié)與超晶格納米線，不僅是研究電、光、磁、熱等基本物理性質(zhì)尺寸與維度依賴的理想體系。而且可以作為連接與功能組元在“由下至上”設(shè)計(jì)與構(gòu)建新一代電子、光電器件中發(fā)揮不可替代的作用。目前有關(guān)準(zhǔn)一維納米材料的研究已經(jīng)成為納米材料科學(xué)領(lǐng)域的中心課題之一。雖然準(zhǔn)一維納米材料的研究己經(jīng)取得長足進(jìn)步，在短短的十幾年的時(shí)間內(nèi)便完成了由材料制備向原型器件的跨越。同時(shí)應(yīng)該注意到，準(zhǔn)一維納米材料的可控合

2、成依然是個(gè)有待解決的問題。實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)一維納米材料的生長、成份、結(jié)構(gòu)的人工控制，是準(zhǔn)一維納米材料應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。圍繞準(zhǔn)一維納米材料的可控合成及其物性，我們做了一系列的研究，主要的研究工作及結(jié)果如下：1．自組裝周期攣晶結(jié)構(gòu)的In摻雜ZnO納米線的制各、結(jié)構(gòu)表征、生長機(jī)制以及發(fā)光性能研究準(zhǔn)一維納米材料的摻雜對其實(shí)際應(yīng)用具有重要意義，但這方面的研究還剛剛起步。我們利用催化劑輔助的氣相法及某些有機(jī)物、氧化物系，易形成成分摻雜結(jié)構(gòu)的特性，采用將In203與Zn(CH3C00)2·H20在高溫下混合蒸發(fā)的方法，首次合成了在納米線徑向上具有周期納米孿晶結(jié)構(gòu)、高摻雜濃度的單晶ZnO納米線。并提出一

3、種結(jié)合VLS機(jī)制和Z3孿晶界的141o凹角模型解釋了納米線的生長。光致發(fā)光的測量發(fā)現(xiàn)摻雜ZnO納米帶的紫外(uv)發(fā)光峰相比未摻雜的樣品明顯紅移并且展寬。我們認(rèn)為發(fā)光峰的紅移歸結(jié)于半導(dǎo)體能隙的縮窄，而展寬則歸結(jié)于非均勻摻雜及摻雜導(dǎo)致的帶尾態(tài)的影響。根據(jù)Uv峰位的位移，估算出ZnO摻雜納米線中的載流子濃度約為7×1019cm～。我們的研究為準(zhǔn)一維納米材料的摻雜提供了一種有效的途徑。2．三元氧化物ZnGa204納米線的氣相合成及其生長機(jī)制、發(fā)光性能研究多元氧化物準(zhǔn)一維納米材料的氣相合成極少有報(bào)道，其研究還有待開展。我們采用氣相法成功地制備出尖晶石礦(立方)結(jié)構(gòu)的三元氧化物ZnGa20

4、4的納米線。在產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的單晶ZnGa204的納米線，真徑較為均勻，沿[111]方向生長，通過對ZnGa204納米線生長機(jī)理的深入研究，我們提出一種自催化生長機(jī)制來解釋三元氧化物ZnGa204納米線的生長。這種納米線無論在研究基本物理過程，如低維電子輸運(yùn)、量子束縛效應(yīng)等方面，還是在納米光電器件方面都存在一些潛在的用途。類似的合成三元氧化物納米線的方法還可以拓展到其他多元氧化物納米線的合成中，我們的研究為多元氧化物準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的合成開辟了一條可行的途徑。3．Ga摻雜Sn02納米線的合成及生長機(jī)制、光學(xué)性能研究在900℃溫度條件下，通過熱蒸發(fā)金屬Ga和SnO與石墨混合粉末合

5、成了摻Ga的Sn02納米線。利用x射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)分析測試手段，對所合成的準(zhǔn)一維納米材料的結(jié)構(gòu)及生長機(jī)制進(jìn)行了研究，分析表明摻Ga改變了Sn02納米線的微觀結(jié)構(gòu)和形貌，分析發(fā)現(xiàn)納米線的生長是以金屬Ga為催化劑的VLS生長機(jī)理生長的。分析表明摻Ga改變了Sn02納米線的微觀結(jié)構(gòu)和形貌，分析發(fā)現(xiàn)納米線的生長是以金屬Ga為催化劑的VLS生長機(jī)理生長的。驗(yàn)證和鞏固了Chen的“自催化VLS生長”和Pan等人的“一頭多線VLS機(jī)制”，使得VLS機(jī)制生長又添新的內(nèi)涵。室溫光致發(fā)光譜表明所合成的SnO：納米結(jié)構(gòu)具有一個(gè)583nm常見的缺陷峰。關(guān)鍵詞：準(zhǔn)一維納米材料：熱蒸發(fā)

6、方法；單重納米孿晶；閃鋅礦結(jié)構(gòu)；光致發(fā)光Vapor-phaseSynthesis，CharacterizationandPhotoluminesceneePropertiesofQuasi--one--dimensionalSemiconductorNanomaterialsAbstractQuasi．onedimensional(1D)nanomaterials，includingnanowires(rods)，nanotubes，nanobelts，nanocables，heterojunctionandsuperlatioenanowires，areidealsystems

7、forinvestigatingthedependenceofelectricaltransport，opticalproperties，magneticproperties，andmechanicalpropertiesonsizeanddimensionality．Inaddition，theyareexpectedtoplayanimportantroleasinterconnectsandfunctionalcomponentsinthe?！痓otomup”designa