zno超细纳米线合成及其光电性能研究

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1、UltrathinZnOnanowires:synthesis,characterization,opticalandphotocurrentcharacteristicsADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceByYueXiaolingSupervisor:AssociateProf.ChengGang,Prof.DuZuliangMay,2013关于学位论文独创声明和

2、学术诚信承诺本人向河南大学提出硕士学位申请。本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我所知，除文中特别加以说明、标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。在此本人郑重承诺：所呈交的学位论文不存在舞弊作伪行为，文责自负。学位申请人（学位论文作者）签名：201年月日关于学位论文著作权使用授权书本人经河南大学审核批准授予硕士学位。作为学位论文的作者，本人完全了解并同

3、意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，即河南大学有权向国家图书馆、科研信息机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文（纸质文本和电子文本）以供公众检索、查阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校学术发展和进行学术交流等目的，可以采取影印、缩印、扫描和拷贝等复制手段保存、汇编学位论文（纸质文本和电子文本）。（涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书）学位获得者（学位论文作者）签名：201年月日学位论文指导教师签名：201年月日摘要由于一维纳米材料具有独特的光学、电学、声学以及力学特性，使其性能在许多情况下要比其相应的体相材料应用更广泛。而ZnO作为一种很重要的II-VI族直

4、接带隙、宽禁带的半导体材料，在室温下能带带隙为3.37eV，激子束缚能高达60meV，使得其迅速成为半导体器件材料研究的热点。随着研究的深入，人们发现纳米线与金属电极接触时会形成肖特基势垒，此时，纳米线的电流输运特性主要由势垒控制，而不是由纳米线本身的电阻控制。出现上述现象的主要原因就是纳米线直径较大。在目前的研究中，纳米线的直径通常在100nm以上，该直径要大于由表面态引起的势垒宽度的特征值（20nm左右），这种情况下，纳米线表面存在耗尽层，而在纳米线的中轴附近存在未耗尽的高导层。这种势垒结构会导致纳米线的输运由肖特基势垒控制，纳米线本身电阻的变化对电流没有显著的影响。当纳

5、米线的直径小于势垒宽度的特征值时，此时纳米线的表面势垒无法形成，纳米线处于完全耗尽的状态。由于表面势垒和高导层的消失，控制纳米线输运特性的就不再是肖特基势垒，而是纳米线本身的电阻。因此，构筑基于超细纳米线的检测器件是解决上述问题的有效途径，那么如何获取超细纳米线就成为首先需要解决的问题。虽然一维ZnO纳米材料的研究已经取得了长足的进步，但如何实现形貌、尺寸和结构可控制备依然是个很大的挑战，尤其是制备出直径小于10nm的超细纳米线。另外，在器件构筑方面，要构筑基于超细纳米线的纳米器件依然存在着许多问题，比如成本高、灵敏度低、操作繁琐复杂等。因此，在纳米器件构筑方面仍然需要探索研

6、究更加低廉、高效、便捷的方法。基于上述问题和思路，本论文主要开展了以下工作。首先，尝试采用不同的制备方法，以期获得超细ZnO纳米线。并利用电子束曝光（EBL）技术，制备不同间距的纳米电极。在上述两部分工作的基础之上构筑纳米器件，并对其光电特性进行测试。因此在本论文中，包括了以下几个部分：首先，我们通过简单的溶剂热法以及均匀沉淀法来实现ZnO超细纳米线的合成。通过对反应温度、反应时间等实验参数进行系统地调控，最终通过溶剂热方法制备出了直径在4-10nm的ZnO超细纳米线；同时在常温常压下利用均匀沉淀法得到了直径在I15nm左右的ZnO纳米线，该方法解决了溶剂热方法合成超细纳米线

7、产量低的问题。并通过SEM、TEM、HRTEM以及XRD等对纳米线的形貌、尺寸以及结晶性等进行表征，同时也对其在室温下的光学性质进行了研究。其次，我们利用电子束曝光（EBL）方法，综合考虑曝光过程中电子束的束斑、束流、曝光剂量以及溅射金属过程中金属与基底的结合力等因素，最终整合实验条件制备出了电极间距分别在600、300、100nm左右的纳米电极。通过对制备的电极进行SEM、AFM表征，结果表明该条件下制备的纳米电极在剥离过金属之后表面较光滑，残留的-14-15金属较少。在不组装纳米线的情况下对电极进行