论文摘要
本论文分两部分,第一部分系统研究了一维硫属化合物纳米材料的可控合成、表征、掺杂、合金化以及相关的硫属化合物基一维纳米器件（NANO device）的制备、性能测量与分析。内容主要包括:（1）利用氢辅助热蒸发法制备Cd0.9Mn0.1S纳米带、PbS纳米棒阵列;单晶外延生长CdE （E=Se, S）纳米线阵列;利用硫化法制备CdSXSe1-X三元合金纳米带;并对上述一维纳米材料进行了详细的结构表征和光学性能研究。（2）采用微加工技术在硅基底上制备单根CdSXSe1-X三元合金化合物纳米带场效应管,详细研究了CdS0.25Se0.75纳米带的电输运性能。（3）讨论了CdE纳米阵列作为场发射阴极材料时其场发射的特性。第二部分研究了多晶硅微电子机械系统（Microelectromechanical System,MEMS）器件表面粘附力的测量、模拟和计算。内容主要包括:（1）以双固支梁（DCB）为研究对象,对其表面粘附力进行了估算。（2）以悬臂梁阵列（CBA）为研究对象,对其表面粘附能进行了估算。本文取得了以下主要研究成果:1、在氢气辅助的条件下通过热蒸发法成功的合成制备出CdSe、CdS纳米线阵列。所得的CdSe、CdS都具有优异的单晶性能,无探测到明显缺陷。CdSe纳米线是通过同质外延从较大的单晶CdSe微米棒上生长出来,这种CdSe主干—枝状的纳米结构还是第一次在公开报道。CdS的纳米线是异质外延从较大的单晶CdSe微米片上生长出来。CdSe和CdS产物高度的有序性,使得其光致发光性能优越。特别是CdSe的光致激光性能得以观测,主要是归功于其高度有序的一维纳米线阵列的形貌。以及氢辅助法制备PbS纳米棒阵列过程中,提出了自催化与VLS共同作用的机制生长PbS阵列。2、提出一种禁带连续可调的三元硫属半导体化合物纳米带的制备方法—硫化法,可从原理上确保制备出组分均一、成分连续可调的CdSXSe1-X纳米带,且制备过程可控性重复性好。并且实现了其光致发光波长在542到668 nm间的连续可调。3、得到一种简便而且经济的制备Cd0.9Mn0.1S纳米带的方法——氢辅助热蒸发法。产物的形貌可以通过控制反应的温度以及压强来调控,如纳米带,纳米线都能通过这种方法实现。在对所得产物进行光致发光性能测试时,发现其发射光谱分别在515和596 nm处呈现发射峰。其中596 nm处的发射峰强度大而且尖锐,此峰来源于Mn2+的3d轨道3d轨道之间的4T1-6A1跃迁,此峰的峰位较以前的报道略有红移。而在515 nm处的发射峰强度低而且峰型宽,是由纳米带的表面态缺陷所致。4、通过应用微加工工艺手段成功制备了单根CdSXSe1-X纳米带的场效应管。测试得出该场效应管的阈值栅压VT= 4.9 V,跨导gm= 95 nS,开关比为105。我们还得到当Vds=0.8 V时,CdS0.25Se0.75纳米带的电子迁移率μn≈14.8 cm2/（V s）,载流子浓度ne≈3.9×1016cm-3。这说明了CdSSe纳米带在光电器件领域的巨大应用潜力。5、通过对CdSe和CdS纳米线阵列场发射性能的研究,我们发现CdSe纳米线阵列作为阴极场发射材料在电流密度为10μA/cm2开启场强约为4.3 V/μm,电流密度为1.0 mA cm–2时阈值场强约为6.3 V/μm。CdS纳米线阵列在电流密度为10μA/cm2开启场强约为9 V/μm,场发射的场增强因子约为550,而且它们场发射的稳定性都很好。这说明CdS与CdSe纳米阵列都能应用于实际的场发射器的构造。6、探讨如何通过实验与模拟相结合的方法确定多晶硅MEMS器件表面间粘附力。通过对双固支梁结构（DCB）的实验测量与模拟确定了其接触表面间的粘附力的大小。推导出了适用于计算DCB器件表面粘附力的公式模型。探讨了器件表面粘附力的大小与接触面积间的存在二次函数关系,这个二次函数模型对于不同环境下工作的器件是不同的。这对于MEMS器件的制造设计起到了很好的指导作用。用实验的方法测量出多晶硅悬臂梁阵列（CBA）结构的表面的粘附能,其平均值为13 mJ/m2。此数值与其它文献报道的数据(10-20 mJm-2)相符合。
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