大面积有机半导体纳米线阵列的可控制备及其器件应用

摘要

小分子纳米材料独特新颖的性能使其在未来低廉高效的新型纳米光电器件等方面有着极大的潜在应用价值，因而激起研究者的极大兴趣。在近十年来的研究工作中,有机一维纳米材料的制备方法和性能调控开始受到研究人员的普遍关注。但目前如何获取大规模、高度取向、选择性沉积生长的有机纳米结构和如何有效的组装纳米材料于高度集成的器件中依然是一严峻的挑战。本文中，我们重点对有机纳米阵列结构的控制生长及其在器件集成中的应用展开了研究，主要研究内容如下：
　　（1）利用修饰有金纳米颗粒模板的衬底，将物理气相沉积法（PVD）与金模板诱导纳米线成核生长技术结合起来，一步法大面积合成了一维有机纳米线阵列，并发现金纳米颗粒的高表面能能控制小分子有机纳米线在其表面选择成核生长。通过在生长衬底上预修饰不同图案的金颗粒膜，我们实现了不同图案的有机纳米线阵列的制备。我们进一步对单根有机纳米线的光电响应性能进行了研究，发现有机纳米线可以作为优良的宽光谱光电探测器。
　　（2）通过在衬底上预先制备电极阵列，结合有机纳米线阵列的控制生长，我们首次了基于有机小分子纳米线阵列的集成图像传感器的构筑。每个集成器件包含10×10个功能单元，面积只有约1.3 mm2。由于有机小分子纳米线较低的生长温度和金模板的诱导生长，使得通过一步法实现纳米线阵列的生长和器件组装成为可能。测试结果显示我们制备的图像传感器具有出色的稳定性、重复性，以及高灵敏度，其功能单元100％能够响应，并且功能单元的响应速率在70 ms以下。我们的研究表明，一步法有机纳米线阵列生长及光电器件集成具有重要的应用前景。
　　（3）结合气相沉积和原子层沉积技术实现了CuPc/CdS纳米线和 PTCDA/CdS核-壳结构异质结阵列的可控制备。通过使用物理气相沉积生长单晶有机纳米线阵列，并以此高密度的有机纳米线阵列为模板，运用原子层沉积（ALD)技术在纳米线表层包裹生长硫化镉（CdS）壳层，得到有机-无机的核-壳结构异质结阵列；通过控制有机纳米线类型和原子层沉积的工艺条件，可方便实现不同种类核-壳型有机-无机异质结纳米结构阵列的可控制备。进一步通过加热将核-壳内有机纳米线蒸发，制备出中空的 CdS纳米管阵列。本方法工艺简单、产物均匀、可控性高，可在原子层级别上控制异质结的形成。此新型有机-无机杂化异质结阵列有望应用于光伏、光电传感等领域。

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第一章 绪论

1.1 纳米科技及材料

1.2 有机纳米材料的制备及其光电特性

1.3 纳米线的排布与组装

1.4 本文的研究内容

第二章 实验设备与测试表征手段

2.1 材料制备合成的实验仪器

2.2 材料的测试和表征

第三章 大面积图案化有机纳米线阵列的制备生长

3.1 引言

3.2 大面积图案化P型酞菁铜(CuPc)纳米线阵列的生长

3.3 大面积N型氟化酞菁铜(F16CuPc)纳米线阵列的生长

3.4 大面积图案化N型苝四甲酸二酐（PTCDA）微纳米线阵列的制备

3.5 本章小结

第四章 一步法构筑基于酞菁铜纳米线阵列的宽光谱集成图像传感器

4.1引言

4.2 实验材料与仪器

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 基于有机纳米线阵列/n型硫化镉异质结的研究

5.1 引言

5.2. 实验材料与仪器

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

参考文献

硕士期间所发论文

致谢