ZnO-SnS納米異質(zhì)結(jié)陣列的制備及光電特性研究.pdf

1、針對(duì)新型半導(dǎo)體材料ZnO及SnS各自的特點(diǎn)及性質(zhì)，本文通過(guò)熱蒸發(fā)及電鍍工藝，在水熱合成法制備的取向n型ZnO納米線陣列上包覆一層p型SnS半導(dǎo)體膜層，組成n-ZnO/p-SnS核殼結(jié)構(gòu)的ZnO/SnS納米異質(zhì)結(jié)陣列，研究了其生長(zhǎng)機(jī)理、微結(jié)構(gòu)及光電特性。研究結(jié)果可為開(kāi)發(fā)新型太陽(yáng)能電池、紫外探測(cè)器、LED器件及傳感器提供研究基礎(chǔ)。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)采用水熱合成法制備了取向ZnO納米線陣列。實(shí)驗(yàn)中，以鋅片作為襯底，以氨

2、水溶液為反應(yīng)溶液，在反應(yīng)釜中制備了ZnO納米線陣列。通過(guò)改變反應(yīng)溶液的濃度、壓強(qiáng)和反應(yīng)時(shí)間，在不同條件下，制備了不同的ZnO納米線陣列樣品。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)光譜和光致發(fā)光(PL)等測(cè)試技術(shù)，對(duì)制備樣品的表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)、擇優(yōu)取向性及光致發(fā)光特性進(jìn)行了分析表征，建立了各種形態(tài)與反應(yīng)條件間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，討論了實(shí)驗(yàn)條件對(duì)納米線生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的影響。
　　(2)論文采用真空蒸發(fā)法、電沉積法在Si片及取向ZnO

3、納米線陣列上沉積或包覆了SnS膜層，制備了n-ZnO/p-SnS核殼納米異質(zhì)結(jié)陣列。利用XRD光譜、SEM、PL光譜等對(duì)樣品的微結(jié)構(gòu)及形貌進(jìn)行了分析表征，并開(kāi)展了不同條件下制備樣品的對(duì)比分析。通過(guò)改變電壓、溶液濃度、反應(yīng)時(shí)間等條件，研究了電沉積法實(shí)驗(yàn)條件對(duì)制備的SnS晶體包覆層性能的影響;通過(guò)改變反應(yīng)溫度、真空度、樣品架與蒸發(fā)源間距離等條件，分析了真空蒸發(fā)法實(shí)驗(yàn)條件對(duì)制備的SnS晶體膜層性能的影響。并對(duì)兩種方法制備的樣品進(jìn)行了對(duì)比分析，

4、發(fā)現(xiàn)電沉積法制備的SnS包覆層效果較好。最佳工藝條件為，反應(yīng)溶液的濃度為5mmol，時(shí)間10s，電壓為0.2V。論文還研究了退火處理對(duì)電沉積法制備的ZnO/SnS異質(zhì)結(jié)樣品的作用效果。發(fā)現(xiàn)樣品經(jīng)200℃溫度，進(jìn)行1h退火處理后，異質(zhì)結(jié)中SnS樣品的結(jié)晶度有所提高，生長(zhǎng)缺陷明顯減少，pn異質(zhì)結(jié)的(Ⅳ)接觸特性有所改善，光電特性較好。
　　(3)論文研究了制備出的n-ZnO/p-SnS核殼結(jié)構(gòu)納米異質(zhì)結(jié)陣列的光電特性。發(fā)現(xiàn)ZnO納米線

5、直徑越大，ZnO/SnS納米異質(zhì)結(jié)形成pn結(jié)的內(nèi)阻就越小，陣列的(Ⅳ)接觸特性就越好;反之，納米線直徑越小，因比表面積增加，pn結(jié)的內(nèi)阻及接觸勢(shì)壘就越大。電沉積法形成的ZnO/SnS納米異質(zhì)結(jié)陣列的接觸特性好于熱蒸發(fā)法制備的樣品。隨ZnO納米線直徑的減小，異質(zhì)結(jié)陣列的光電流逐漸增大。在相同的沉積條件下，電沉積溶液濃度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)造成SnS包覆層厚度過(guò)厚或過(guò)薄，都會(huì)影響pn結(jié)樣品的接觸特性及光電轉(zhuǎn)換特性，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):電鍍中，SnCl2·2