透明導(dǎo)電半導(dǎo)體氧化物納米線的制備、結(jié)構(gòu)表征及發(fā)光性能研究

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1、透明導(dǎo)電半導(dǎo)體氧化物納米線的制備、結(jié)構(gòu)表征及發(fā)光性能研究摘要近年來(lái)，透明導(dǎo)電半導(dǎo)體氧化物材料(TCOs)吸引了人們的廣泛關(guān)注，它在納米規(guī)模的電子元件和光電器件等方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值和廣闊應(yīng)用前景，其納米結(jié)構(gòu)如納米線、納米棒、異質(zhì)結(jié)、納米薄膜和納米顆粒等都是人們研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。本文采用熱蒸發(fā)的方法制備出了錫酸鋅(Zn2SnO。)、摻錫氧化銦(ITO)和摻sn的氧化鎵(Sn：Ga203)等一維半導(dǎo)體納米材料，并利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE．SEM)、X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)、能譜(EDS)以及光致發(fā)光譜(PL)

2、等分析測(cè)試手段，對(duì)所合成的納米材料的形貌、成分、結(jié)構(gòu)和物性進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)了一些獨(dú)特的新的納米結(jié)構(gòu)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果我們探討了不同形貌納米結(jié)構(gòu)的形成原因和生長(zhǎng)機(jī)制，并對(duì)其發(fā)光性質(zhì)的做了進(jìn)一步的分析。以下是本文的主要研究結(jié)果：1．ITO納米線的合成與發(fā)光性能研究通過(guò)熱蒸發(fā)的方法，在850'(2的設(shè)定溫度下我們合成了大量均一的ITO納米線。X射線衍射分析表明產(chǎn)物主要由Sn02和In203組成，掃描電鏡觀察表明該納米線形貌。我們認(rèn)為這些納米線的生長(zhǎng)遵循氣一固(vs)生長(zhǎng)機(jī)制。在室溫光致發(fā)光譜中，觀察到了兩個(gè)峰，一個(gè)峰值為418nm，屬于紫外光區(qū)，另一個(gè)峰值為5

3、05nm，屬于綠光區(qū)。相對(duì)于In203納米線的峰位，發(fā)生了紅移。主要是由于內(nèi)部應(yīng)力及大量的缺陷存在造成的。2．熱蒸發(fā)法合成Zn2Sn04納米線的制備及研究在氬／氫的混合氣氛下，采用熱蒸發(fā)ZnO和SnO的混合粉末方法合成出高產(chǎn)率的單晶Zn2Sn04納米線，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未采用催化劑和襯底。我們對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了xRD、sEM、HRTEM的測(cè)試，表明所合成的納米線有良好的單晶結(jié)構(gòu)，大約五十至幾百個(gè)納米寬，幾十個(gè)微米長(zhǎng)，[311]是納米線的主要生長(zhǎng)方向。自催化VLS生長(zhǎng)機(jī)制被認(rèn)為是納米線的主要生長(zhǎng)機(jī)理。適宜的溫度和相對(duì)單一的反應(yīng)源是成功制備Zn2Sn04納米線的關(guān)鍵

4、。在室溫下的Zn2Sn04納米線光致發(fā)光譜顯示，該種納米材料具有一個(gè)較寬的發(fā)光帶，發(fā)光峰中心的峰值為580nm。3．摻sn的Ga203納米結(jié)構(gòu)的合成及研究在氬氣保護(hù)氣氛下，1000"C熱蒸發(fā)SnO和Ga203的混合粉末制得多種納米結(jié)構(gòu)，所獲得的納米線直徑在80—200nm范圍內(nèi)。在產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)獨(dú)特的Sn02：Ga203異質(zhì)納米梳結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)制經(jīng)過(guò)分析遵循VS生長(zhǎng)機(jī)制；而納米線則遵循VLS生長(zhǎng)機(jī)制。產(chǎn)物的光致發(fā)光譜中有一個(gè)寬的黃綠光帶，峰值為585nm，Sn組分的添加在一定程度上改進(jìn)了Ga203的材料特性，我們發(fā)現(xiàn)摻雜雜質(zhì)、表面態(tài)和缺陷態(tài)是影響G

5、a203發(fā)光的主要因素。關(guān)鍵詞：熱蒸發(fā)；自催化VLS生長(zhǎng)；納米線；納米梳：光致發(fā)光；摻雜Preparation，CharacterizationandPhotolumineseencePropertiesOfTransparentConductingOxideNanowiresAbstraetTransparentconductingoxides(TCOs)haveattractedconsiderableattentioninrecentyearsfortheirpotentialapplicationsinthedevelopmentofnano

6、scaleelectronicandoptoelectronicdevices．PeopleputmoreresearchesonTCOsnanowires、nanorods、nanoparticlesandfilms．Inthispaper，one-dimensionaltransparentconductingoxidenanomaterialsZn2Sn04，ITO(Sn：In203)andSn-dopedGa203havebeensynthesizedbythermalevaporation．Themorphology，structure，c

7、hemicalcompositionandphysicalpropertiesofthesequasi··one··dimensionalnanostructuresarecharacterizedusingscanningelectronmicroscopy(SEM)，X-raydiffraction(XRD)，transmissionelectronmicroscopy(TEM)，high—resolutiontransmissionelectronmicroscopy(HRTEM)，energydispersiveX-rayspectrosco

8、py(EDS)andphotoluminescence(PL)spectroscopy．Somenovelm