本文選題：ZnO　切入點(diǎn)：top-down　出處：《中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：當(dāng)材料被冠以納米的前綴時(shí),其性質(zhì)就發(fā)生了巨大的變化。上個(gè)世紀(jì)九十年代時(shí),一批以納米科學(xué)和納米材料技術(shù)等為代表的新興分支學(xué)科興起。直到1991年由Iijima教授發(fā)現(xiàn)了碳納米管,一些一維的或是準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu),包括納米線,納米管,納米棒以及納米帶由于其獨(dú)特的光學(xué),電學(xué)性質(zhì)逐步應(yīng)用到諸如納米電子學(xué),光催化,LED,化學(xué)生物傳感等新生的應(yīng)用中。它們具有傳統(tǒng)體材料不具備的多種優(yōu)勢(shì)均與其納米尺度特征相關(guān)聯(lián)。隨著特征尺度的減小,納米材料的比表面積變大,化學(xué)活性顯著增強(qiáng),量子尺寸效應(yīng)越發(fā)明顯。ZnO納米材料為代表的II-VI族寬禁帶半導(dǎo)體材料是其中較為典型的例子。Zn O納米材料具有直接帶隙結(jié)構(gòu)和60 meV的激子束縛能,并且具有高度可控的豐富納米形貌,這些特性都有利于實(shí)現(xiàn)納米級(jí)光電、傳感等集成器件。業(yè)界一般利用紫外光刻和EBL為代表的top-down技術(shù)構(gòu)建納米器件,該類型技術(shù)效費(fèi)比較低而且難以獲得10納米以下集成器件,同時(shí)缺乏面向多元應(yīng)用的光電子綜合集成能力。本文關(guān)注于發(fā)掘低維納米材料的物理特性,拓展材料體系,合成形貌、尺寸可控的ZnO納米復(fù)合材料;以bottom-up圖景為主要研究線索,探索組裝低維納米材料的新方法,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低成本、性能可控的納米級(jí)光電器件。本文中取得的主要研究進(jìn)展有以下四個(gè)方面的內(nèi)容:1.利用電場(chǎng)輔助組裝技術(shù),構(gòu)建基于Zn O納米線與Ag納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)的雙肖特基結(jié)可見盲紫外探測(cè)器。該器件利用較小粒徑Ag納米顆粒位于356 nm的四級(jí)偶極子表面等離子共振偶合效應(yīng)獲得了理想的器件性能。在5 V偏壓下,器件的響應(yīng)度和光電導(dǎo)增益為4.91×106A/W和1.67×107。2.利用化學(xué)氣相傳輸技術(shù)在包括硅襯底,鋁箔等多種材料上合成了ZnO納米管,納米線/納米管,納米棒/納米管等多種的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)材料,其分級(jí)結(jié)構(gòu)均利用一步生長(zhǎng)法完成,有效克服了采用分步生長(zhǎng)法的過程中材料組分控制問題,同時(shí)提升了實(shí)驗(yàn)效率。3.在單片襯底上,一步合成出PL發(fā)光光譜連續(xù)可調(diào)的由ZnO納米管作為主干與納米線作為分枝的3D混合結(jié)構(gòu)納米材料,其調(diào)控范圍為從帶邊藍(lán)紫光發(fā)射主導(dǎo)逐步變化為深能級(jí)缺陷綠光發(fā)射為主。更為有趣的是,該襯底上的納米結(jié)構(gòu)存在與其合成形貌密切相關(guān)的可調(diào)節(jié)超疏水性。4.對(duì)于實(shí)驗(yàn)中合成的ZnO 3D hybrid納米材料進(jìn)行瞬態(tài)吸收和瞬態(tài)熒光發(fā)射譜的測(cè)試,發(fā)現(xiàn)分支結(jié)構(gòu)界面處存在超快的光生載流子分離過程,進(jìn)而證實(shí)了特定納米復(fù)合結(jié)構(gòu)可以有效調(diào)控材料中的電荷輸運(yùn)和光發(fā)射過程。這種新型3D混合結(jié)構(gòu)有望應(yīng)用于在光伏器件,光催化等領(lǐng)域。
[Abstract]:When the material is prefixed with nanometers, its properties change dramatically. In -10s, Until 1991, Professor Iijima discovered carbon nanotubes, some one-dimensional or quasi-one-dimensional nanostructures, including nanowires, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, nanotubes, and nanotubes. Nanorods and nanobelts, due to their unique optical and electrical properties, have been gradually applied to nanoscale electronics, In new applications, such as photocatalytic LED, chemical biosensor and so on, many advantages that they do not have in traditional bulk materials are related to their nanoscale characteristics. With the decrease of characteristic scale, the specific surface area of nanomaterials becomes larger. The chemical activity is significantly enhanced. The quantum size effect is becoming more obvious. The II-VI family wide band gap semiconductor material represented by ZnO nanomaterials is a typical example. ZnO nanomaterials have direct band gap structure and exciton binding energy of 60 meV. And has a highly controllable rich nano-morphology, these characteristics are conducive to the realization of nano-optoelectronic, sensing and other integrated devices. Industry generally use UV lithography and EBL as the representative of top-down technology to build nano-devices, The technology cost of this type is relatively low and it is difficult to obtain less than 10 nanometre integrated devices. At the same time, there is a lack of optoelectronic integration ability for multi-dimensional applications. This paper focuses on exploring the physical properties of low-dimensional nanomaterials and expanding the material systems. ZnO nanocomposites with controllable morphology and size were synthesized, and a new method of assembling low-dimensional nano-materials was explored based on bottom-up images, and the low cost was realized. Nanoscale optoelectronic devices with controllable performance. The main research progress in this paper includes the following four aspects: 1.The use of electric field assisted assembly technology, A double Schottky junction blind ultraviolet detector based on composite structure of ZnO nanowires and Ag nanoparticles was constructed. The coupling effect of surface plasmon resonance on the surface of quaternary dipole with smaller Ag nanoparticles at 356 nm was used in the device. Ideal device performance. At 5 V bias, The responsivity and photoconductivity gain of the device are 4.91 脳 106A / W and 1.67 脳 107.2. ZnO nanotubes, nanowires / nanotubes, nanorods / nanotubes and many other nanocomposite materials, including silicon substrates, aluminum foil and so on, have been synthesized by chemical vapor transport technology. The hierarchical structure is completed by one-step growth method, which effectively overcomes the problem of material component control in the process of adopting the stepwise growth method, and improves the experimental efficiency .3. on a monolithic substrate, Three-dimensional hybrid nanomaterials with ZnO nanotubes as trunk and nanowires as branching have been synthesized by one step with continuously tunable PL luminescence spectra. The range of regulation is from the dominant blue purple light emission to the green light emission with deep level defects. What is more interesting is that, The nanostructures on the substrate have adjustable superhydrophobicity. 4. The transient absorption and transient fluorescence emission spectra of the ZnO 3D hybrid nanomaterials synthesized in the experiment are measured. It is found that there is an ultrafast photo-carrier separation process at the interface of the branched structure. This new 3D hybrid structure is expected to be used in photovoltaic devices, photocatalysis and other fields.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN23;TB33

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本文編號(hào)：1573031