N-型准一维硫化镉纳米结构控制合成及其光电子器件的研究.pdf

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1、nanostructures2011年4月CdS主席：励芝丫阐雒恂徘吕降良委员：沙汽，胁，椭鼢咯也·矽殇．钼雹缈掰嘭纫呼阢·I导厩搞娄越触≯必斌吼学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金罡王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金月巴王些太堂—可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文者躲薅家媛’新躲摧移彬签字日期：2口c1．f．q-签字日期：学位论文作者毕业后去向：工作单位：电话：通

2、讯地址：邮编：管等)的控制晶体质量，以，又可以作为件小型化的限制，在后摩尔定律时代获得重要应用，并得到新一代纳米光电子器件，从而对社会、科技的发展产生深远的影响。硫化镉(CdS)是一种重要的II．VI族半导体材料，其室温禁带宽度为2．42eV，CdS薄膜与体材料已广泛应用于可见光探测、光伏等重要领域。CdS纳米结构具有许多迷人的性质，如随尺寸可调的发光波长、室温激光发射、高增益光电探测等。因此，CdS纳米结构的控制合成及其光电子器件应用的研究已成为纳米材料领域的研究热点之一。为实现其应用，利用掺杂控制其光电性质必不可少，但由于在纳米材料电学性质表征方面的困难，此方面的研究仍处于初步阶段

3、，相关研究亟待开展。基于CdS纳米结构的光电子器件应用的研究也有待深入。本论文对CdS纳米线的n型掺杂及其相关光电子器件进行了系统研究。首先利用III族元素镓(Ga)实现了可控的CdS纳米线n型掺杂，然后分别制备了基于单根CdS纳米线的底栅和和顶栅结构纳米场效应晶体管，以此对掺杂CdS纳米线的光电特性，以及纳米器件的工作性能进行了深入研究。此外，还制备了CdS纳米线／硅(Si)基底复合纳米发光器件，实现了n型CdS在纳米发光领域的应用。取得的主要成果如下：1、以CdS为生长源，Ga及Ga203的混合粉末作为蒸发源为掺杂源，利用气相蒸发的方法，在镀有金催化剂的硅片上大量合成了形貌均匀、材

4、料表面平滑的Ga掺杂CdS(CdS：Ga)纳米线。进一步形貌与结构分析表明，纳米线直径在50．200nm，长度在几十微米至上百微米之间变化，为单晶纤锌矿结构，生长方向沿【0001]晶面取向。通过控制掺杂源的比例，合成了不同Ga掺杂浓度的CdS纳米线，对单根纳米线的电学测试结果显示，随着掺杂浓度的提高，CdS纳米线的电导有明显提高，且电导率能在5个数量级内调控，说明此方法能够有效实现Ga掺杂n型CdS纳米线的合成。2、以Si02(300nm)／p+．Si衬底为衬底制备了CdS：Ga纳米线的底栅场效应晶体管(FETs)，其中Si02层和p+-Si基底分别作为场效应管的栅极绝缘层和栅极，而C

5、dS：Ga纳米线则作为场效应晶体管的沟道。通过改变栅压，发现沟道电流随着栅压的增大而明显上升，呈现出n型沟道的典型特点，证明CdS：Ga纳米线确为n型导电。底栅结构FETs的性能较差，其阈值电压和跨导分别为．40V和2．3nS：载流子的迁移率和亚阈值摆幅分别为2．1cm2／Vs和816V／dec。3、为进一步提高CdS：Ga纳米线场效应晶体管的性能，通过采用高电介质常数氮化硅(Si3N4)取代Si02作为栅绝缘层，制备了高性能顶栅结构的CdS纳米场效应晶体管。测试表明顶栅FET的阈值电压、跨导和电流开关比分别为．O．3V、1．07“S和5×106，相比于底栅场效应晶体管分别提高了100

6、、500和4×106倍：载流子迁移率和亚阈值摆幅分别为241．6cm2／Vs和114mV／dec，相比于底栅场效应管分别提高了100和7×103倍。由此可见，通过改进器件工艺，优化器件结构，纳米场效应管的性能可以显著提高。4、制备了CdS：Ga纳米线／p—Si基底的复合结构异质P．n结，发现其有良好的整流特性。通过在纳米线与Si基底两端施加约+5V的开启电压，在CdS与Si基底的交界区，即P．11结区域可观察到黄色发光斑点，实现了基于n。CdS的纳米发光二极管(LEDs)的制备。关键词：n型硫化镉纳米线：镓掺杂；底栅场效应晶体管；顶栅场效应晶体管：纳米发光二极管．Uhesisandna

7、ln·—typeCdSonicapplicationsofthesuchasnanowires，attentionduetotheirhigh-crystalqualityanduniqueoptoelectronicproperties．Theycanserveasbothmodelmaterialsforunderstandingfundamentalphysicalphenomenaandforconstructingnanoscaled