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硅纳米线阵列的光谱特性与电学特性的研究

朱美光  
【摘要】:近年来,微纳米材料特别是硅基半导体纳米材料的制备、表征及应用已经成为诸多领域所共同关注的焦点。而湿化学刻蚀法更是因为实验设备简单、成本低、生成效率高以及重复性好,成为制备纳米结构的最理想的技术之一。利用湿化学刻蚀法所制备的硅纳米线,其典型的平均线径为70nm左右。研究这类硅纳米线的光谱及其电子特性将为其在能源、光电器件等方面的应用提供了科学依据。本文开展了如下几个方面的研究工作: 第一、对硅纳米线阵列的光谱学与电学特性的各种表征手段及其相关理论基础进行了深入探讨。 第二、利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及高分辨率的透射电子显微镜刘(HRTEM)对所制备的硅纳米线进行结构和形貌表征。利用傅里叶红外变换(FTIR)、拉曼光谱以及光致发光谱对所制备的硅纳米线阵列进行了光学特性研究。 第三、制备了基于硅纳米线阵列的结构为PtSi/p-SiNWs/Si/Al肖特基二极管。讨论了不同实验条件对PtSi薄膜特性的影响,获得了制备高质量PtSi薄膜的理想实验条件;所制备的PtSi薄膜厚度仅为12nm。研究了基于低掺杂的p型硅的欧姆接触制备,分析了Al/p-Si欧姆接触特性。制备了比接触电阻为2.31*10-5的Al/p-Si欧姆接触。 第四、研究了基于硅纳米线阵列的结构为PtSi/p-SiNWs/Si/Al肖特基二极管在不同温度下的伏安特性曲线;基于硅纳米线特殊的几何结构,提出了基于反向饱和电流的理查德图来合理提取肖特基二极管的三个重要电学参数。讨论了温度和光对肖特基二极管的影响。同时详细分析了结构为PtSi/p-SiNWs/Si/Al肖特基二极管的电流传输机理。 总之,该课题的研究方法及成果对湿法刻蚀的硅纳米线在太阳能电池、光学器件以及红外光电探测器等方面的应用提供了重要的科学依据,具有一定的科研价值。该成果的进一步发展必将产生巨大的社会和经济效益。


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