准一维金属氧化物半导体纳米材料的气相合成、结构表征及发光性能研究

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1、准一维金属氧化物半导体纳米材料的气相合成、结构表征及发光性能研究摘要近年来，一维纳米材料因其在众多领域所显示出重要应用前景而受到普遍重视。准一维纳米材料，包括纳米线(棒)、纳米管、纳米带、纳米同轴电缆、异质结与超晶格纳米线，不仅是研究电、光、磁、热等基本物理性质尺寸与维度依赖的理想体系。而且可以作为连接与功能组元在“由下至上”设计与构建新一代电子、光电器件中发挥不可替代的作用。目前有关准一维纳米材料的研究已经成为纳米材料科学领域的中心课题之一。虽然准一维纳米材料的研究己经取得长足进步，在短短的十几年的时间内便完成了由材料制备向原型器件的跨越。同时应该注意到，准一维纳米材料的可控合

2、成依然是个有待解决的问题。实现对准一维纳米材料的生长、成份、结构的人工控制，是准一维纳米材料应用的前提和基础。围绕准一维纳米材料的可控合成及其物性，我们做了一系列的研究，主要的研究工作及结果如下：1．自组装周期挛晶结构的In掺杂ZnO纳米线的制各、结构表征、生长机制以及发光性能研究准一维纳米材料的掺杂对其实际应用具有重要意义，但这方面的研究还刚刚起步。我们利用催化剂辅助的气相法及某些有机物、氧化物系，易形成成分掺杂结构的特性，采用将In203与Zn(CH3C00)2·H20在高温下混合蒸发的方法，首次合成了在纳米线径向上具有周期纳米孪晶结构、高掺杂浓度的单晶ZnO纳米线。并提出一

3、种结合VLS机制和Z3孪晶界的141o凹角模型解释了纳米线的生长。光致发光的测量发现掺杂ZnO纳米带的紫外(uv)发光峰相比未掺杂的样品明显红移并且展宽。我们认为发光峰的红移归结于半导体能隙的缩窄，而展宽则归结于非均匀掺杂及掺杂导致的带尾态的影响。根据Uv峰位的位移，估算出ZnO掺杂纳米线中的载流子浓度约为7×1019cm～。我们的研究为准一维纳米材料的掺杂提供了一种有效的途径。2．三元氧化物ZnGa204纳米线的气相合成及其生长机制、发光性能研究多元氧化物准一维纳米材料的气相合成极少有报道，其研究还有待开展。我们采用气相法成功地制备出尖晶石矿(立方)结构的三元氧化物ZnGa20

4、4的纳米线。在产物中发现这种结构的单晶ZnGa204的纳米线，真径较为均匀，沿[111]方向生长，通过对ZnGa204纳米线生长机理的深入研究，我们提出一种自催化生长机制来解释三元氧化物ZnGa204纳米线的生长。这种纳米线无论在研究基本物理过程，如低维电子输运、量子束缚效应等方面，还是在纳米光电器件方面都存在一些潜在的用途。类似的合成三元氧化物纳米线的方法还可以拓展到其他多元氧化物纳米线的合成中，我们的研究为多元氧化物准一维纳米结构的合成开辟了一条可行的途径。3．Ga掺杂Sn02纳米线的合成及生长机制、光学性能研究在900℃温度条件下，通过热蒸发金属Ga和SnO与石墨混合粉末合

5、成了掺Ga的Sn02纳米线。利用x射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)分析测试手段，对所合成的准一维纳米材料的结构及生长机制进行了研究，分析表明掺Ga改变了Sn02纳米线的微观结构和形貌，分析发现纳米线的生长是以金属Ga为催化剂的VLS生长机理生长的。分析表明掺Ga改变了Sn02纳米线的微观结构和形貌，分析发现纳米线的生长是以金属Ga为催化剂的VLS生长机理生长的。验证和巩固了Chen的“自催化VLS生长”和Pan等人的“一头多线VLS机制”，使得VLS机制生长又添新的内涵。室温光致发光谱表明所合成的SnO：纳米结构具有一个583nm常见的缺陷峰。关键词：准一维纳米材料：热蒸发

6、方法；单重纳米孪晶；闪锌矿结构；光致发光Vapor-phaseSynthesis，CharacterizationandPhotoluminesceneePropertiesofQuasi--one--dimensionalSemiconductorNanomaterialsAbstractQuasi．onedimensional(1D)nanomaterials，includingnanowires(rods)，nanotubes，nanobelts，nanocables，heterojunctionandsuperlatioenanowires，areidealsystems

7、forinvestigatingthedependenceofelectricaltransport，opticalproperties，magneticproperties，andmechanicalpropertiesonsizeanddimensionality．Inaddition，theyareexpectedtoplayanimportantroleasinterconnectsandfunctionalcomponentsinthe。’botomup”designa