氧化铟纳米材料的制备及其发光性能和场发射性能的研究

摘要

氧化铟(In2O3)纳米材料以其宽带隙，良好的导电性，低电子亲和势，高击穿电场和更好的化学稳定性等优点，在这些宽禁带半导体纳米材料中逐渐变成了研究热点，在光电子器件、气敏材料、太阳能发电板和显示器材设备等方面有着很好的前景。近年来，对氧化铟纳米结构的制备和性能研究，研究人员已经取得了一些进展。近年来，研究人员通过多种物理和化学方法制备出氧化铟材料的各种纳米结构，在氧化铟纳米结构的发光性能研究领域的也有了相应的进展，但是还有一些关于制备工艺、发光机理和场发射性能等问题没有研究清楚。所以本论文就通过实验的方法，利用CVD方法控制各种纳米结构的制备参数，找出制备In2O3纳米结构的最佳制备工艺，并通过对其微观结构和成分等的分析，然后再进行发光测量和场发射性能测量，为以后的氧化铟纳米结构制备和性能研究提供一定参考意义。本论文的主要内容和创新点如下:
　　采用化学气相沉积(CVD)的方法，通过适当地控制制备工程中的工艺参数，如载气流量、保温时间和保温温度等，我们成功制备了In2O3纳米颗粒、纳米线、Fe掺杂的纳米线等，其中Fe掺杂In2O3纳米线很少有人合成。
　　然后采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对制备出的In2O3纳米结构进行了形貌和结构方面的表征;用XRD、XAFS、XPS、EDS等对氧化铟纳米结构材料的组成和含量进行测量。
　　过测量产物的光致发光谱，我们认识到不同的纳米结构中存在着不同的峰位发光。正八面体颗粒的光致发光峰位来源于近带边发光，在384nm处有紫外发光峰;截角多面体除了384nm的紫外发光峰外，还在410nm处有蓝绿发光峰，这可能是生长过程中的表面缺陷引起的;纳米线结构在生长过程中会产生氧空位、表面缺陷等，这样就导致在423nm有蓝绿发光，在紫外发光区也有发光;Fe掺杂的In2O3纳米线中，由于Fe元素进入晶格中，占据In1位，产生氧空位缺陷，这样就会有更多缺陷，产生了更多发光峰，包括紫外发光峰394nm，蓝绿发光峰404nm，417nm和423nm。发光峰位一般来自近带边发光和缺陷发光。
　　我们测量了制备出来的几种纳米结构的场发射性能。研究表明，具有长径比大的纳米线结构的场发射性能优于正八面体和长径比小的纳米线结构，其开启电场是5.2V/μm，阈值电场7.8V/μm，场增强因子是2438;Fe掺杂氧化铟(In2O3)纳米线的场发射性能好于对比材料，开启电场4.9V/μm，阈值电场7.5V/μm，场增强因子是2672。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 氧化铟材料的简介

1．2 氧化铟(In2O3)纳米材料的发光性能研究现状

1．3 氧化铟(In2O3)纳米材料的场发射性能研究现状

1．4 本课题的研究意义和研究内容

1．4．1 本课题的研究意义

1．4．2 本课题的研究内容

第二章 样品制备及其表征

2．1 In2O3纳米材料的制备方法

2．1．1 化学气相沉积法

2．1．2 溶胶凝胶法

2．1．3 溅射法

2．1．4 模板法

2．1．5 水热法

2．2 实验样品制备

2．2．1 实验材料和设备

2．2．2 实验过程

2．3 In2O3纳米颗粒的表征分析

2．3．1 In2O3颗粒SEM形貌分析

2．3．2 In2O3颗粒XRD图谱分析

2．3．3 In2O3颗粒EDS分析

2．3．4 In2O3颗粒XPS分析

2．4 In2O3纳米线的形貌和结构表征

2．4．1 In2O3纳米线的SEM形貌分析

2．4．2 In2O3纳米线的XRD分析

2．4．3 In2O3纳米线的EDS分析

2．4．4 In2O3纳米线的TEM分析

2．5 Fe掺杂In2O3纳米线的形貌和结构表征

2．5．1 Fe掺杂In2O3纳米线的SEM形貌分析

2．5．2 Fe掺杂In2O3纳米线的XRD分析

2．5．3 Fe掺杂In2O3纳米线的XPS分析

2．5．4 Fe掺杂In2O3纳米线的XAFS分析

2．6 本章小结

第三章 氧化铟(In2O3)纳米结构的光致发光性能研究

3．1 引言

3．2 纳米材料的几种发光模型

3．2．1 量子限制效应发光模型

3．2．2 与氧有关缺陷发光模型

3．2．3 量子限制效应—发光中心发光模型

3．3 氧化铟纳米材料发光特性的实验研究

3．3．1 In2O3纳米颗粒的发光特性

3．3．2 In2O3纳米线的发光特性

3．3．3 Fe掺杂In2O3纳米线的发光特性

3．3．4 发光机理研究

3．4 本章小结

第四章 氧化铟纳米结构的场发射性能研究

4．1 场发射原理

4．1．1 金属场发射原理

4．1．2 场发射性能判断依据

4．2 场发射测试设备简介

4．3 氧化铟(In2O3)纳米材料的场发射性能研究

4．3．1 不同形貌氧化铟(In2O3)纳米结构的场发射性能研究

4．3．2 不同直径氧化铟(In2O3)纳米线的场发射性能研究

4．3．3 Fe掺杂氧化铟(In2O3)纳米线的场发射性能研究

4．4 稳定性测试

4．5 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢