氧化物半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的制備及其光電性能研究.pdf

1、氧化物半導(dǎo)體納米材料向我們展現(xiàn)出了很好的應(yīng)用前景，更深入的工作涉及到納米材料的應(yīng)用和納米器件的構(gòu)筑上。目前研究的重點(diǎn)集中在單個(gè)原型器件的制備及性能測(cè)試方面?；诖吮菊撐牡墓ぷ髦攸c(diǎn)將集中在氧化物半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)物性測(cè)試上和納米器件的構(gòu)筑及其光電性能評(píng)價(jià)方面。
　　 對(duì)于復(fù)合體系的氧化物半導(dǎo)體納米薄膜來(lái)說(shuō)，深入的了解復(fù)合薄膜的優(yōu)異的物性的原因是目前需要解決的問(wèn)題，本論文中我們選擇了具有能級(jí)匹配關(guān)系WO3/TiO2復(fù)合薄膜進(jìn)行研究。深入

2、的了解復(fù)合薄膜在表界面處的光電分離和傳輸?shù)那闆r，為構(gòu)筑薄膜類的光電子器件提供試驗(yàn)上的支持和理論上的依據(jù)。隨著以后納米材料的器件化和應(yīng)用化考慮，準(zhǔn)一維的納米結(jié)構(gòu)將在納米器件的構(gòu)筑和應(yīng)用中起到很大的作用。在基于一維納米材料構(gòu)筑器件的過(guò)程中，金屬電極與納米線的接觸以及納米線本身的輸運(yùn)特性仍然存在很多問(wèn)題。特別是對(duì)于氧化物半導(dǎo)體納米材料來(lái)說(shuō)，其表面有大量的懸空鍵和氧空位可以形成表面態(tài)來(lái)影響器件的性能。另外利用光照可以激發(fā)半導(dǎo)體氧化物產(chǎn)生電子空穴

3、對(duì)，從而調(diào)控一維納米材料電荷傳輸性質(zhì)，同時(shí)光照也可以消除氧化物半導(dǎo)體的表面態(tài)，從而影響器件的輸運(yùn)特性。
　　 在第一章中，我們對(duì)氧化物半導(dǎo)體納米材料的研究現(xiàn)狀和納米結(jié)構(gòu)物性的測(cè)量方法進(jìn)行了綜述。指出了目前氧化物納米結(jié)構(gòu)研究所存在的問(wèn)題，提出了本論文的研究目標(biāo)和主要研究?jī)?nèi)容。
　　 在第二章中，我們通過(guò)溶膠—凝膠法成功制備了復(fù)合結(jié)構(gòu)的WO3/TiO2納米薄膜，利用原子力顯微鏡更直接能表征電荷轉(zhuǎn)移的這一性能的模式KFM，對(duì)復(fù)

4、合結(jié)構(gòu)的薄膜在微區(qū)的光電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于三氧化鎢和二氧化鈦二者之間的能級(jí)匹配關(guān)系，通過(guò)有效的復(fù)合二者之間確實(shí)發(fā)生了光電荷轉(zhuǎn)移，使我們能夠更清楚的認(rèn)識(shí)到復(fù)合結(jié)構(gòu)的薄膜在光激發(fā)的情況下所具有的光開(kāi)關(guān)的效應(yīng)的內(nèi)在原因。多層復(fù)合結(jié)構(gòu)WO3-TiO2納米薄膜在光照下也有光電荷的轉(zhuǎn)移和傳輸，而且多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的WO3-TiO2在光照下正負(fù)兩個(gè)方向上均有光開(kāi)關(guān)的效應(yīng)。復(fù)合多層膜的光開(kāi)關(guān)效應(yīng)更進(jìn)一步表明光電荷在三氧化鎢和二氧化鈦表界面

5、之間的轉(zhuǎn)移和傳輸。對(duì)復(fù)合納米薄膜的研究為發(fā)展新型的薄膜納米光電子器件做了很好的前期的理論工作。
　　 在第三章中，用熱蒸發(fā)法制備了單晶六方晶相的WO3納米線，用交流電場(chǎng)輔助的方法組裝納米線，實(shí)現(xiàn)了單根WO3納米線的組裝。在紫外光和暗態(tài)的情況下對(duì)單根WO3納米線器件進(jìn)行光電輸運(yùn)性質(zhì)的研究。發(fā)現(xiàn)在暗態(tài)下Ⅰ-Ⅴ曲線顯示了非線性的整流的特性。這主要是因?yàn)樵陔妶?chǎng)組裝三氧化鎢納米線的過(guò)程中形成兩個(gè)背靠背的不對(duì)稱的肖特基勢(shì)壘。在加紫外光時(shí)，電

6、流值有很大的提高，而且其整流性能降低，這是因?yàn)橛捎谒纬傻膬蓚€(gè)內(nèi)建電場(chǎng)在偏壓下的不對(duì)稱變化所引起的表面帶彎從而導(dǎo)致了兩個(gè)肖特基勢(shì)壘的不對(duì)稱變化。
　　 在第四章中，利用氣相沉積法制備二氧化錫納米帶。用原子力顯微鏡的電學(xué)測(cè)量模式對(duì)納米帶的縱向電學(xué)特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)金屬探針與納米帶形成了肖特基接觸。利用電場(chǎng)組裝的方法在金電極上構(gòu)筑基于二氧化錫納米帶的納米器件。通過(guò)Ⅰ-Ⅴ曲線分析器件的橫向輸運(yùn)特性。同時(shí)利用光照來(lái)調(diào)控肖特基勢(shì)壘的高度，

7、從而調(diào)控二氧化錫納米帶的輸運(yùn)特性，通過(guò)光照后不同時(shí)間段的Ⅰ-Ⅴ曲線測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)在光照2分鐘的時(shí)候光電流可以達(dá)到最大值，而去光后，電流的恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。在對(duì)基于二氧化錫納米器件的輸運(yùn)特性的研究中我們發(fā)現(xiàn)其在電壓掃描情況下具有存貯和電學(xué)開(kāi)關(guān)效應(yīng)。此現(xiàn)象在以二氧化錫納米帶構(gòu)筑的納米器件中還尚未報(bào)道，初步分析造成這種電阻開(kāi)關(guān)效應(yīng)的原因是因?yàn)榧{米帶與電極之間的肖特基接觸，而偏壓能造成氧的脫附從而改變了肖特基的勢(shì)壘高度，從而起到了開(kāi)關(guān)的作用。二氧化

8、錫納米帶表現(xiàn)出了一系列的優(yōu)異特性，為此我們用掃描探針顯微鏡的電流像模式對(duì)納米器件進(jìn)行電流像分析，深刻理解電流在器件工作狀態(tài)時(shí)的分布情況。研究結(jié)果表明在金屬電極與納米帶接觸的地方電流會(huì)出現(xiàn)耗盡的情況。而在納米帶懸空的區(qū)域，電流在納米帶上呈現(xiàn)出條紋狀的分布。
　　 第五章中，我們通過(guò)簡(jiǎn)單浸泡的方法對(duì)SnO2納米帶進(jìn)行修飾。結(jié)果顯示通過(guò)簡(jiǎn)單的浸泡的方法合成了復(fù)合結(jié)構(gòu)的Ag/SnO2納米帶。用表面光電壓的方法對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的納米帶的光電特性

9、進(jìn)行分析，結(jié)果表明由于Ag納米粒子的存在使得復(fù)合后的SPV響應(yīng)減小。利用導(dǎo)電原子力顯微鏡的電流成像模式對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的Ag/SnO2納米帶的電流像進(jìn)行分析，微區(qū)的電流分布圖使得我們清楚的看到Ag納米粒子和納米帶復(fù)合處的電流的分布情況。通過(guò)用電場(chǎng)輔助組裝的方法把納米帶組裝到金屬Pt電極上，研究結(jié)果表明負(fù)載了Ag納米粒子后納米帶的電流減小，分析認(rèn)為電流減小的原因是由于局域的肖特基結(jié)在Ag粒子附近的SnO2納米帶表面形成耗盡層，減小了納米帶的有效