K-Cu-S三元体系准一维纳米结构的生长及其电学性能表征

摘要

金属硫化物纳米材料因具有优异的光电特性而成为太阳能能量转换、光电器件、催化等前沿领域的研究热点。对Cu-S体系成功掺杂，有效改变了Cu-S体系晶体结构和光学性能，有助于拓展硫化物纳米材料在纳米光电子学研究中的新应用。K-Cu-S三元体系是一类重要的铜硫酸盐化合物，根据K+掺入Cu-S晶格体系的含量不同，铜离子不同的配位数，铜原子不同的位置，形成不同结构的三元硫化物并表现出不同的性质，如具有准一维结构的KCu7S4表现出低温相变和电阻异常现象，可应用于超级电容领域。本文探讨了K-Cu-S三元体系准一维纳米结构的液相可控合成，并系统表征了其电学、光电特性。具体研究工作如下:
　　1、以Na2S·9H2O为硫源，CuCl为铜源，通过混合碱液法(NaOH和KOH的混合物，Na/K原子比为48.5∶51.5)，在165℃下成功合成了单斜晶系KCu3S2微米带。SEM分析表明产物长约30～60μm，宽为500nm～1μm，厚为200～500nm。通过对其紫外-可见吸收光谱、光致发光谱、外光电子能谱分析得到KCu3S2纳米带禁带宽度为1.62eV。电学测试表明产物KCu3S2微米带电导率约为～1.85×103S cm-1，基于单根KCu3S2微米带的底栅型场效应器件表明KCu3S2微米带的导电类型为n型。
　　2、在SiO2衬底上，构筑了KCu3S2/Au肖特基结。I-V测试表明该肖特基结具有较好的整流特性，整流比在102～103之间。在光功率为3.5mW cm-2的白光光照下，该肖特基结具有很强的敏感度，开关比＞50，响应速度＜0.5s，上述良好性能说明KCu3S2微米带有望用作较高性能的白光探测器。
　　3、以Na2S·9H2O为硫源，CuC12为铜源，通过混合碱液法(NaOH和KOH的混合物，Na/K原子比为48.5∶51.5)，在80℃下成功合成了四方晶相结构KCu7S4微米带。SEM分析表明产物长约30～60μm，宽为100nm～0.3μm，厚为50～80nm。电学测试测试表明产物KCu7S4微米带电导率约为～6.85×102S cm-1，基于单根KCu7S4微米带的底栅型场效应器件表明KCu7S4微米带导电类型为p型。

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摘要

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第一章 绪论

1．1 引言

1．2 纳米材料的特性和分类

1．2．1 纳米材料的特性

1．2．2 纳米材料的分类

1．2．3 纳米结构的特征

1．3 纳米材料的制备方法

1．3．1 气相制备法

1．3．2 液相制备法

1．4 纳米材料的应用

1．4．1 纳米光电探测器

1．4．2 纳米太阳能电池

1．4．3 纳米存储器

1．5 本课题的研究背景、目的、意义及现状

第二章 实验设备

2．1 纳米材料的合成设备

2．2 纳米材料的表征设备

2．3纳米器件的制备和测试系统

第三章 KCu3S2微米带的生长及其表征

3．1 引言

3．2 实验中所需药品和仪器清单

3．3 KCu3S2微米带的合成方法

3．4 KCu3S2微米带的物相与形貌表征

3．4．1 XRD分析

3．4．2 SEM分析

3．4．3TEM分析

3．4．4 XPS分析

3．4．5 UPS分析

3．5 本章小结

第四章 KCu3S2微米带电学性能表征及应用

4．1 引言

4．2 器件的制备

4．2．1 验药品和仪器

4．2．2 器件制备过程

4．2．3 极制备过程

4．3 KCu3S2微米带的电学表征

4．4 KCu3S2微米带-Au肖特基器件及电学特性

4．4．1 KCu3S2微米带-Au肖特基势垒二极管的制备

4．4．2 KCu3S2微米带-Au肖特基势垒二极管电学性能表征

4．5 本章小结

第五章 KCu7S4微米带的生长及其表征

5．1 引言

5．2 实验中所需药品和仪器清单

5．3 KCu7S4微米带的合成方法

5．4 KCu7S4微米带的物相与形貌表征

5．4．1 XRD分析

5．4．2 SEM分析

5．4．3 TEM分析

5．4．4 XPS分析

5．4．5 KCu7S4微米带的电学性能表征

5．5 本章小结

第六章 总结

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况