一维半导体纳米材料的制备、发光及场发射性能

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一维半导体纳米材料兼顾了纳米材料与半导体材料的优点,在催化、电池、发光、显示等多个领域都有着良好的应用前景,引起了人们的广泛关注。本文运用不同方法制备了三种一维半导体纳米材料,分析了其生长特点,并进行了光致发光和场发射性能的分析。具体内容如下:(1)分别采用热氧化法和化学腐蚀法制备了CuO纳米结构,对比了不同生长条件对样品形貌的影响,分析了其场发射性能。研究发现,热氧化法制备CuO纳米线操作简单,且制备的纳米线形貌优良。在实验中,反应温度、反应时间与纳米线的直径、长度、生长密度成正相关。利用化学腐蚀法制备CuO纳米结构,分别得到两种不同的纳米结构,前期样品表面先出现Cu(OH)2纳米线,后期长成CuO纳米片。对比两种CuO纳米结构的场发射性能,发现CuO纳米线的性能优于纳米片。同时对比不同形貌的CuO纳米线的场发射性能,发现纳米线的直径、长径比和密度会影响样品的性能,其中直径小、长径比大、密度适当的CuO纳米线场发射性能最好,即450℃生长5h得到的样品,其开启电压为0.75 V/μm,阈值电压为1.65 V/μm,场增强因子为13742。(2)采用溶胶凝胶法制备了ZnO纳米棒阵列,对比了不同衬底和不同反应时间对样品形貌的影响,并进行了光致发光与场发射性能分析。实验发现Si(Ⅲ)上生长的纳米棒直径较小,玻璃上生长的样品取向性好;随着反应时间的延长,纳米棒的直径不断增大。光致发光分析发现ZnO纳米棒共有两个发光峰,分别在367.8nm处和478.6nm处,前者为激子复合发光,后者为氧空位引起的杂质能级发光。场发射性能测试时,发现形貌不同的纳米棒场发射性能不同,尖端尺寸小、密度适当的样品利于电子发射。实验中Si(Ⅲ)衬底上生长6h得到的样品场发射性能最好,其开启电压为4.7 V/μm,阈值电压为5.1 V/μm,场增强因子为5316。(3)采用化学气相沉积法制备了In2O3纳米线,探究了不同参数对样品形貌的影响,同时,进行了光致发光性能和场发射性能研究。实验发现,催化剂含量、反应温度、反应时间都与纳米线的直径、长度和密度成正相关;不同位置得到的纳米线密度不同,存在最佳生长位置。实验得到的In2O3纳米线有一个光致发光峰,是由氧空位引起的杂质能级发光。场发射性能测试中,长径比大、直径小的样品场发射性能好,其中性能最好的样品为喷金10nm、生长距离20mm、温度1050℃、反应时间2h得到的样品,其开启电压为2.5 V/μm,阈值电压为4.3 V/μm,场增强因子为3894。
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