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本论文讨论的工作分为两部分,包括无机-无机半导体异质结纳米线和石墨炔纳米材料的制备及其电学性能的研究。
金属硫化物被广泛地应用在电开关器件中。但由于自身具有较高的电导率所以导致器件的开关比较低。如何有效地提高开关比成为改善金属硫化物电开关器件的关键。众所周知,p-n异质结在反向偏置时具有极高的阻抗,如果能有效利用这一特点可以极大地提高器件的开关比。我们成功地合成了CuS/PbS p-n异质结纳米线,它在正向偏置时显示出良好的整流效应;在方向偏置时显示出优异的电开关性能,开关比达到1195。
CuInS2作为一种优秀的半导体材料被广泛地应用于无机薄膜太阳能电池领域。不过,到目前为止没有文献对CuInS2异质结纳米线做过深入的研究。我们成功制备了CuInS2/TiO2 p-n异质结纳米线阵列,并对它的光伏性能做了初步的探索。
1968年,A.T.Balaban等人在理论上预测石墨炔是最有可能人工合成的碳的同素异形体。科研人员为此花费了大量的努力在理论和实验两个方面对石墨炔进行了研究,但并没有取得较大的研究进展。直到2010年,我们实验小组才在铜片表面成功合成了石墨炔薄膜。理论计算显示石墨炔和石墨烯类似具有二维平面结构。单层的石墨炔具有极高的载流子迁移率,空穴和电子的迁移率分别达到2×105cm2/(V s)和2×104 cm2/(V s)。由此推测石墨炔将会和石墨烯一样具有极高的导电率并拥有多种优异的性能。但是经过测量,铜片表面石墨炔薄膜的纵向电导率只有2.516×10-4S/m,远低于预期。我们认为造成这一现象的主要原因有两个。第一,石墨炔膜的厚度接近1μm,属于体材料,与理论模型不符。第二,石墨炔膜的尺寸过大,导致内部缺陷增大从而降低了电导率。所以,改进实验方法制备得到纳米级的石墨炔材料成为下一步工作的重心。我们使用气相沉积法成功制备了石墨炔纳米薄膜和纳米线并研究了它们的电学性能。通过调节蒸发源的用量和基底位置分别得到了石墨炔厚膜(1.5μm),纳米薄膜(30nm)和纳米线。它们的电导率分别为25,160和1900 S/m。石墨炔薄膜中空穴迁移率大约为102 cm2 V-1 s-1。利用石墨炔厚膜制备了气体传感器,能灵敏地检测到1ppm的三乙胺和乙二胺分子。