半导体氧化物纳米结构的合成、光学及场发射性能研究

摘要

在本文中，我们对ZnO、SnO<,2>、α-Fe<,2>O<,3>等三种氧化物纳米结构的制备、光学和场发射性能进行了研究，主要内容和创新点如下： 1、通过用碳热还原法在不同条件下制备了四种不同形貌的分等级ZnO纳米结构：纳米鱿鱼、放射状的纳米线阵列、纳米梳子和纳米花。并对源温、气流等实验条件与形貌之间的关系进行了定性分析，研究了其中纳米鱿鱼的Raman谱和室温光致发光(PL)，发现这种纳米结构缺陷极少。其次对这些分等级纳米结构进行了场发射性能测试，结构表明这些纳米结构特别是放射状的纳米线阵列具有高发射电流密度、低开启电场和域值电场。此外，通过改变实验参数还合成了纳米双面梳子、纳米环等其他纳米结构。 2、我们在550℃的条件下用单质直接氧化法在硅衬底上合成了形貌奇特的ZnO微塔，并详细讨论了它的二维生长机制，在沿着载气下流方向，我们还得到了一系列钉状结构，表明通过调整衬底与源之间的距离可以控制结构的形貌，这些结构的光致发光谱显示了两个峰位，一个是以388 nm为中心的紫外发射峰，另一个是500nm左右的比较宽的绿光发射峰。场发射测试表明ZnO微塔具有非常出色的场发射性能，它的开启电场和域值电场分别达到了1.8V/μm和4.8 V/μm，这说明在将来很有希望使用这种ZnO结构来做场发射微电子器件中的阴极材料。此外，通过改变源温，我们还合成了其他有趣的如蘑菇状、管状、酒瓶状等ZnO结构。 3、通过自催化VLS的方法，我们首次成功制备了由SnO<,2>微线和纳米线组成的新颖的柳枝状分等级纳米结构。光致发光测试观察到了位于572和604nm<'-1>的两个发光峰。这种合成的SnO<,2>纳米结构可能会成为一种制备纳米级功能性智能器件的理想结构，如纳米光电子器件、化学和生物传感器等。此外，通过调节实验参数，我们还成功合成了其他SnO<,2>纳米结构，例如：纳米线、纳米带、纳米花等。 4、通过高温热氧化铁镍合金网格的方法成功制备了α-Fe<,2>O<,3>纳米线，首次调查了氢等离子体处理对于α-Fe<,2>O<,3>纳米线表面形貌和场发射性能的影响，发现处理后的纳米线表面形成了很多纳米晶，而同时这些纳米线的场发射性能有了很大的提高。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2本论文的研究对象

1.2.1氧化锌纳米结构的研究

1.2.2氧化锡纳米结构的研究

1.2.3氧化铁纳米结构的研究

1.3本文的工作

参考文献

第二章四种分等级氧化锌纳米结构的合成和场发射性能研究

2.1引言

2.2实验过程

2.3实验结果与讨论

2.3.1结构和形貌表征

2.3.2光学性质研究

2.3.3生长机制

2.3.4场发射性能研究

2.3.5其它形貌的氧化锌纳米结构

2.4小结

参考文献

第三章塔状氧化锌结构的生长、光致发光及其场发射性能研究

3.1引言

3.2实验过程

3.3实验结果与讨论

3.3.1结构和形貌表征

3.3.2生长机制

3.3.3光致发光性能

3.3.4场发射性能

3.3.5其它形貌的氧化锌纳米结构

3.4小结

参考文献

第四章氧化锡柳枝状纳米结构合成、表征及其光学性质研究

4.1引言

4.2实验过程

4.3实验结果与讨论

4.3.1结构和形貌表征

4.3.2生长机制

4.3.3光致发光性能

4.3.4其它形貌的氧化锡纳米结构

4.4小结

参考文献

第五章氧化铁纳米线的合成及其场发射性能研究

5.1引言

5.2实验过程

5.3实验结果与讨论

5.3.1结构和形貌表征

5.3.2生长机制

5.3.3氢等离子处理后纳米线的形貌变化

5.3.4氢等离子体处理前后场发射性能的变化研究

5.4小结

参考文献

第六章总结

致 谢

攻读硕士学位期间完成的文章和专利