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本文介绍了ZnSe纳米线的合成、生长机制以及物性方面的研究工作,尝试了多种方法对ZnSe纳米线进行掺杂,并通过制作单根纳米线场效应管对掺杂的纳米线进行了测量分析。主要内容概括如下:
1.具有两种不同晶体结构的ZnSe纳米线的合成
采用CVD方法,用Au作为催化剂,在水平管式炉中,在生长气压为常压和低压两种条件下,在Si衬底上分别合成出具有闪锌矿和纤锌矿结构的单晶ZnSe纳米线。两种气压下合成的ZnSe纳米线的直径均分布在60-100nm范围内,长度一般大于10微米。但常压下得到的具有闪锌矿结构的ZnSe纳米线形貌比低压下制得的要好。对于ZnSe块材,常温常压下闪锌矿结构是稳定相,纤锌矿结构是亚稳相。我们推断纤锌矿结构ZnSe纳米线的生成可能和过快的生长速度及纳米材料很大的表面自由能有关。
2.ZnSe纳米线的物性研究
采用X射线衍射(XRD),场发射扫描电子显微镜(SEM),高分辨透射电子显微镜(HRTEM),能量色散X射线谱仪(EDX),稳态荧光光谱仪,时间分辨光谱仪对合成的纳米材料的物性进行了表征。此外,我们还研究了多种温度下退火对ZnSe纳米线的PL性质的影响。结果表明经过750℃退火的闪锌矿结构的单晶ZnSe纳米线的PL谱中出现了较强的带边峰。我们认为,适当的退火可以减少ZnSe纳米线中的非辐射复合中心,提高PL发光峰的强度。
我们还对带边峰附近的光致发光瞬态过程进行了研究。
3.ZnSe纳米线的掺杂及场效应管制作
我们生长的非故意掺杂的ZnSe纳米线载流子浓度过低,不能用于制作电子或光电子器件。对ZnSe块材的研究文献表明对其进行p型掺杂比较困难。所以我尝试对ZnSe纳米线进行了n型掺杂。选取的三族元素有B(以BN粉末作掺杂
剂),Al(以金属Al作掺杂剂),Ga(以金属Ga作掺杂剂),In(以金属In作掺杂剂);选取的七族元素有Ⅰ(以无水ZnI2粉末作掺杂剂)。掺杂方法有原位掺杂和生长后掺杂。
通过制作单根ZnSe纳米线场效应管,对所掺杂的ZnSe纳米线进行了电学表征。