Ⅱ-Ⅵ族半导体压电纳米带的光电开关特性研究

论文摘要

随着器件集成化、微型化和智能化的发展需要,纳米材料的奇异物理、化学特性在构建纳米级电子和光电子器件方面的巨大应用潜力引起了人们广泛兴趣。氧化锌（ZnO）和硫化锌（ZnS）是典型的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,均为直接带隙半导体,室温下禁带宽度分别为3.37和3.6 eV。由于尺寸效应,纳米氧化锌和硫化锌材料具有一些独特的性能,尤其是它们良好的光电性能成为近年来的研究热点之一。杨培东等科学家对单根纳米线的紫外光电导特性进行了研究,发现ZnO等一维纳米材料在紫外光照射前后其电导率会发生显著变化。本文就利用这种优良的光电导特性,制备了两类基于单根纳米带和纳米带薄膜的半导体光电导开关,在不同的光照条件下对其开关特性进行测试,并利用氧吸附理论对实验结果进行了分析。主要内容有:1、用热蒸发法制备ZnO纳米带和ZnS纳米带,在200-800 nm波长范围内对其吸收光谱进行测试。实验结果表明,ZnO纳米带对200-360 nm波长的光具有不同程度的吸收,对200-300 nm波长的紫外光吸收强度最大。ZnS纳米带对200-340 nm波长的光具有不同程度的吸收,对200-280 nm波长的紫外光吸收强度最大。二者均表现出对紫外光的选择性吸收特性。2、采用磁控溅射和光刻工艺在SiO2/Si基底上制作Pt叉指电极,将单根纳米带组装在电极上,制备出基于单根纳米带的光电导半导体开关。将ZnO纳米带和ZnS纳米带均匀的分散在电极表面组装为纳米带薄膜,分别制备出基于ZnO纳米带和ZnS纳米带薄膜的光电导半导体开关。在不同波长的紫外光照射下,测试开关的伏安特性。实验结果表明,在280到360 nm范围内,波长越短的紫外光引起的光电流越大,开关的灵敏度越大。与基于ZnO薄膜的开关相比,基于ZnO纳米带薄膜的光电导半导体开关具有更高的光电流响应、更好的关断性,以及更大的灵敏度。3、将制备的光电导半导体开关接入测试电路,在不同功率密度的紫外光照射下,测试开关对电路状态的控制能力。结果表明,实验中制备的几种基于Ⅱ-Ⅵ族纳米材料的光电导半导体开关在紫外光辐照条件改变的条件下,均能控制测试电路在“0”和“1”状态之间转换,较好地实现了开关功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料和纳米科学
• 1.2 一维纳米材料的基本特性与效应
• 1.2.1 机械性能
• 1.2.2 紫外-可见吸收特性
• 1.2.3 光致发光性质
• 1.2.4 荧光偏振行为
• 1.2.5 电传输性质
• 1.3 一维Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米材料研究现状
• 1.3.1 ZnO和ZnS的基本结构
• 1.3.2 一维半导体材料的研究现状
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米带的制备及表征
• 2.1 ZnO和ZnS纳米带的制备
• 2.2 纳米带的形貌与结构表征
• 2.2.1 纳米带晶体结构的XRD分析
• 2.2.2 纳米带晶体结构的TEM分析
• 2.2.3 纳米带表面形貌AFM和纳米压痕仪表征
• 2.3 ZnO和ZnS纳米带的紫外-可见吸收光谱
• 2.4 本章小结
• 第3章 单根Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米带的光电开关特性
• 3.1 单根 ZnO和 ZnS纳米带半导体光电导开关装置
• 3.2 开关的伏安特性测试
• 3.2.1 伏安特性测试装置
• 3.2.2 单根纳米带半导体光电导开关的伏安特性
• 3.2.3 单根纳米带光电导半导体开关的光灵敏度
• 3.3 单根纳米带开关功能测试
• 3.3.1 开关功能测试电路
• 3.3.2 单根纳米带光电导半导体开关的电压-时间谱
• 3.3.3 单根纳米带光电导半导体开关的开关性能
• 3.4 Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米带光电开关特性的机理分析
• 3.4.1 氧吸附原理
• 3.4.2 光电开关特性的机理分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米带薄膜的光电开关特性
• 4.1 ZnO和ZnS纳米带薄膜半导体光电导开关装置
• 4.2 开关的伏安特性测试
• 4.2.1 伏安特性测试装置
• 4.2.2 纳米带薄膜光电导半导体开关的伏安特性
• 4.2.3 纳米带薄膜光电导半导体开关的光灵敏度
• 4.3 纳米带薄膜开关功能测试
• 4.3.1 开关功能测试电路
• 4.3.2 纳米带薄膜光电导半导体开关的电压-时间谱
• 4.3.3 纳米带薄膜光电导半导体开关的开关性能
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 论文结论
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文和成果