透明导电半导体氧化物纳米线的制备、结构表征及发光性能研究

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1、透明导电半导体氧化物纳米线的制备、结构表征及发光性能研究摘要近年来，透明导电半导体氧化物材料(TCOs)吸引了人们的广泛关注，它在纳米规模的电子元件和光电器件等方面具有潜在应用价值和广阔应用前景，其纳米结构如纳米线、纳米棒、异质结、纳米薄膜和纳米颗粒等都是人们研究和开发的热点。本文采用热蒸发的方法制备出了锡酸锌(Zn2SnO。)、掺锡氧化铟(ITO)和掺sn的氧化镓(Sn：Ga203)等一维半导体纳米材料，并利用场发射扫描电镜(FE．SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、能谱(EDS)以及光致发光谱(PL)

2、等分析测试手段，对所合成的纳米材料的形貌、成分、结构和物性进行了研究。发现了一些独特的新的纳米结构。根据测试结果我们探讨了不同形貌纳米结构的形成原因和生长机制，并对其发光性质的做了进一步的分析。以下是本文的主要研究结果：1．ITO纳米线的合成与发光性能研究通过热蒸发的方法，在850'(2的设定温度下我们合成了大量均一的ITO纳米线。X射线衍射分析表明产物主要由Sn02和In203组成，扫描电镜观察表明该纳米线形貌。我们认为这些纳米线的生长遵循气一固(vs)生长机制。在室温光致发光谱中，观察到了两个峰，一个峰值为418nm，属于紫外光区，另一个峰值为5

3、05nm，属于绿光区。相对于In203纳米线的峰位，发生了红移。主要是由于内部应力及大量的缺陷存在造成的。2．热蒸发法合成Zn2Sn04纳米线的制备及研究在氩／氢的混合气氛下，采用热蒸发ZnO和SnO的混合粉末方法合成出高产率的单晶Zn2Sn04纳米线，实验过程中未采用催化剂和衬底。我们对产物进行了xRD、sEM、HRTEM的测试，表明所合成的纳米线有良好的单晶结构，大约五十至几百个纳米宽，几十个微米长，[311]是纳米线的主要生长方向。自催化VLS生长机制被认为是纳米线的主要生长机理。适宜的温度和相对单一的反应源是成功制备Zn2Sn04纳米线的关键

4、。在室温下的Zn2Sn04纳米线光致发光谱显示，该种纳米材料具有一个较宽的发光带，发光峰中心的峰值为580nm。3．掺sn的Ga203纳米结构的合成及研究在氩气保护气氛下，1000"C热蒸发SnO和Ga203的混合粉末制得多种纳米结构，所获得的纳米线直径在80—200nm范围内。在产物中发现独特的Sn02：Ga203异质纳米梳结构，该结构的生长机制经过分析遵循VS生长机制；而纳米线则遵循VLS生长机制。产物的光致发光谱中有一个宽的黄绿光带，峰值为585nm，Sn组分的添加在一定程度上改进了Ga203的材料特性，我们发现掺杂杂质、表面态和缺陷态是影响G

5、a203发光的主要因素。关键词：热蒸发；自催化VLS生长；纳米线；纳米梳：光致发光；掺杂Preparation，CharacterizationandPhotolumineseencePropertiesOfTransparentConductingOxideNanowiresAbstraetTransparentconductingoxides(TCOs)haveattractedconsiderableattentioninrecentyearsfortheirpotentialapplicationsinthedevelopmentofnano

6、scaleelectronicandoptoelectronicdevices．PeopleputmoreresearchesonTCOsnanowires、nanorods、nanoparticlesandfilms．Inthispaper，one-dimensionaltransparentconductingoxidenanomaterialsZn2Sn04，ITO(Sn：In203)andSn-dopedGa203havebeensynthesizedbythermalevaporation．Themorphology，structure，c

7、hemicalcompositionandphysicalpropertiesofthesequasi··one··dimensionalnanostructuresarecharacterizedusingscanningelectronmicroscopy(SEM)，X-raydiffraction(XRD)，transmissionelectronmicroscopy(TEM)，high—resolutiontransmissionelectronmicroscopy(HRTEM)，energydispersiveX-rayspectrosco

8、py(EDS)andphotoluminescence(PL)spectroscopy．Somenovelm