Si及树状Si/ZnO纳米线阵列的可控制备及光学性质研究

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硅作为一种重要的半导体材料,在微电子器件以及太阳能电池中有着广泛的应用。近年来一维纳米材料成为人们的研究热点,其中一维硅纳米材料由于有着优越的光学性能、电学性能以及与硅微电子器件及工艺的兼容性,引起了极大的关注。相比一维纳米材料,树枝状的纳米材料有着更大的表面积,尤其是不同功能材料组成的异质结纳米线阵列有着更优良的性能。研究发现枝状Si/ZnO纳米线异质结阵列能增加光的吸收以及促进电荷分离,在太阳能转化和能量储存装置中有很大应用潜力。本文着手于Si及树状Si/ZnO纳米线阵列的可控制备及光学性质的研究,主要工作包括以下方面:  我们利用金属辅助化学刻蚀方法制备了硅纳米线阵列,研究了不同刻蚀参数对硅纳米线生长的影响。金属辅助化学刻蚀法主要分为一步生长法和两步生长法,经过对比发现一步生长法步骤最简单,而且制备速度较快,在后面的试验中,我们采用此方法制备硅纳米线。我们还研究了制备过程中各种参数对生长硅纳米线的影响。通过对比不同浓度比值的HF和AgNO3的刻蚀溶液,发现HF相对浓度越高,制备得到的硅纳米线越长,生长速率越快;通过对比不同刻蚀温度,发现温度越高,刻蚀速率越快,温度过高会影响硅纳米线的形状;通过对比硅纳米线的生长时间,发现相同条件下生长时间越长,硅纳米线越长。除此之外我们还研究了硅纳米线的光学性质,提出了可能的发光机制。  利用水热法制备了枝状异质结Si/ZnO纳米线阵列结构,研究了不同实验参数对制备结果的影响,主要包括:籽晶层、硅基片放置方式、硅纳米线长度以及水热法生长时间等的影响。研究发现,在衬底上沉积一层ZnO籽晶层有利于ZnO纳米线的生长;硅基片在溶液中的放置方式也很重要,衬底垂直液面放置和正面朝下放置均能成功制备ZnO纳米线,而正面朝上放置则只能得到包覆的ZnO膜;在其它条件不改变的情况下,发现硅纳米线越长,枝状ZnO纳米线直径越小,长度越短;水热法生长时间越长,ZnO纳米线的尺寸越大;通过研究Si/ZnO纳米线阵列的光学特性发现,荧光光谱中观察到了ZnO的带边发射以及缺陷发光。漫反射光谱表明,具有分层结构的Si/ZnO纳米线阵列有助于减少光的反射,漫反射率和材料结构有很大关系。
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