基于原子层沉积制备CdO/ZnO核壳结构超细纳米线及其紫外光检测特性

摘要

一维纳米材料具有高的比表面积、丰富的表面态以及较高的表面活性，使其无论在气敏传感器还是在光电器件中都展现出了优异的性能。基于一维纳米材料器件优异的性能，人们在该领域开展了许多有意义的研究。然而随着纳米材料尺寸的不断减小，当直径小于100 nm时，物体本身的许多固有特性会发生质的变化。与直径较大的纳米材料相比，小尺寸的纳米材料具有大的比表面积、量子限域效应和独特的光、电特性。有文献报道了利用小直径的纳米线构筑的器件具有响应快，灵敏度高等优点。
　　目前，受纳米线制备方法以及器件加工方法等因素限制，所合成的纳米线的直径大多在100 nm左右，大于纳米线表面势垒层的特征宽度（大约20-40 nm）。因此，在纳米线中存在着非耗尽层。减小纳米线的直径，使纳米线表面无法形成表面势垒，纳米线将处于完全耗尽的状态，这会导致纳米线本征电阻极大增加。电流输运的关键控制因素就不再是肖特基势垒而是纳米线的本征电阻，这也是提高纳米器件性能的有效途径，那么首要解决的问题就是如何构筑小直径纳米线器件。
　　基于以上问题的思考，以提高器件的紫外光检测特性为目的，我们的研究具体内容包括以下几个部分：
　　首先，我们利用水热法合成了合成直径小于20 nm的Cd(OH)2超细纳米线，Cd(OH)2超细纳米线分解形成CdO超细纳米线。以CdO超细纳米线为模板在位生长ZnO壳层结构，制备CdO/ZnO核壳结构超细纳米线。分别通过场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电子显微镜(TEM)对CdO/ZnO核壳结构超细纳米线的形貌和尺寸进行表征。
　　其次，在常温下CdO超细纳米线构筑的器件的电流数量级在10-15-10-14，这个数量级的电流与I-V测试仪的干扰信号在同一量级，因此对核壳结构的电学输运特性没有贡献，只是起到生长模板的作用。我们对构筑的80循环CdO/ZnO核壳结构超细纳米线器件在低温探针台上对其电学性能进行了测试。通过对 CdO/ZnO核壳结构超细纳米线器件进行不同温度的退火得知：高温退火使表面发生颗粒的聚集和表面原子结构的重组，改变了表面缺陷能级的数量或能级位置。核壳结构超细纳米线器件的低温测试显示在小电压下电流传输符合热激活模型，并计算了热激活能的大小为0.14 eV。核壳结构超细纳米线器件经过500°C退火60 min处理，在0.1 V电压下，电流随温度变化的I-V测试数据在高温区域220 K-300 K进行拟合，并计算热激活能为0.36 eV。
　　最后，在紫外光的照射下，我们分别研究了超细纳米线不同沉积循环下核壳结构器件的开关比、响应和回复特性。沉积80循环的超细纳米线器件的开关比高达104，但是响应和回复时间较沉积循环次数较少的器件长。在低温加光下，对未退火和退火后的80个循环核壳超细纳米线器件进行I-V和I-T曲线测试，显示光电流均随着温度的升高逐渐增大，回复时间长达400 s。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 一维纳米材料研究进展

1.3一维纳米材料的性质及应用

1.4超细纳米线的研究进展

1.5 目前存在的主要问题

1.6本论文的研究目的、思路及内容

参考文献

第二章 CdO/ZnO核壳结构超细纳米线的制备及结构表征

2.1 引言

2.2 Cd(OH)2超细纳米线的合成与表征

2.3 Cd(OH)2超细纳米线的热分性

2.4 CdO/ZnO核壳结构超细纳米线的制备

2.4 本章小结

参考文献

第三章 CdO/ZnO核壳结构超细纳米线的电学输运特性

3.1 引言

3.2 Cd(OH)2超细纳米线器件的构筑及其I-V特性

3.3 CdO/ZnO核壳结构超细纳米线器件的构筑

3.4 核壳结构超细纳米线电流传输性质

3.5低温下核壳结构超细纳米的电学输运特性

3.6 退火后核壳结构超细纳米线低温电学输运特性

3.7 本章小结

参考文献

第四章 CdO/ZnO核壳结构超细纳米线的紫外光检测特性

4.1 引言

4.2 不同沉积循环的CdO/ZnO 核壳结构超细纳米线器件对紫外光的响应

4.3 煅烧温度对光检测特性的影响

4.4 低温下CdO/ZnO 核壳结构超细纳米线器件光检测特性

4.5 本章小结

参考文献

攻读硕士学位期间完成的工作

致谢