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零维Ge和一维ZnO纳米结构与器件

万青  
【摘要】:当材料至少有一个维度在1—100纳米之间时,我们称之为纳米结构。纳米结构和相应的体材料相比,具有许多独特的性能和诱人的应用前景,引起了各国研究人员极大的关注。本论文采用电子束蒸发和热蒸发等技术分别制备了零维Ge和一维ZnO纳米结构,进而对所制备的零维和一维半导体纳米结构的应用进行了多方面的探索研究,取得了如下创新性结果: 1)采用电子束共蒸发技术制备了埋嵌于高K介质Al_2O_3中的非晶Ge纳米团簇。由于量子限域效应,在该复合纳米结构中观察到了高达1.5eV光学吸收边蓝移。Z-扫描测试结果表明该复合纳米结构具有很大的三次光学非线性极化率。三次光学非线性极化率的实部和虚部分别为4.91×10~(-7) esu和2.78×10~(-8) esu。 2)首次制作了埋嵌有Ge纳米晶的高K栅介质(Al_2O_3、ZrO_2)形式的金属—绝缘体—半导体(MIS)器件,观察到了Ge纳米晶显著的电子存储特性。该结果为高K栅介质纳米浮栅存储器的可行性提供了重要依据。另外,由于Ge纳米晶束缚电子对外加电场具有屏蔽效应,在上述MJS器件中还观测到了负光电导现象。 3)采用改进的热蒸发技术成功地制备了大量四角状和线状一维ZnO纳米结构。该制备工艺不需要真空和使用其它的金属催化剂和添加剂,适合于工业化生产。 4)ZnO纳米结构的室温光致发光谱结果表明,位于510nm处的绿光发射直接和氧空位有关。电学测量结果表明一维ZnO纳米结构的电学特性受外界气氛和光照影响特别大。另外还制作了单根ZnO纳米线器件,研究了该纳米线器件的电学和光敏特性。 5)首次研究了四角状ZnO纳米结构的真空电子场发射特性。实验发现获得1μA/cm~2的电流密度只需要1.6V/μm的开启电场,为目前有关ZnO纳米结构场发射报道的最好结果。上述结果说明四角状ZnO纳米结构在真空电子器件领域具有十分诱人的潜在应用价值。 摘要 6)首次结合微机械技术制作了2110纳米线气敏传感器,研究了器件对一乙醇蒸汽、氢 气、一氧化碳等气体的敏感特性。另外还基于电导开关模型,对一ZnO纳米线的气 敏机理进行了讨论。 7)首次探索性地研究了2110纳米线的室温氢存储特‘}生。实验发现在3 .03MPa一jc’,2110 纳米线的储氢量可以高达0.83 wl%,而且在一个大气压下,71%的氢可以在室温 时释放出来。 8)首次研究了四角状2110纳米结构光催化降解罗丹明B和2,4一二氯苯酚的特性。 结果表明四角状ZnO纳米结构降解罗月一明B的反应过程遵循准一级反应动力学, 表观反应常数K’为O.O46/min。另外通过对比实验发现,四角状ZnO纳米结构的 光催能力I羽显强于TIO:纳米颗粒(PZ:)。


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