论文部分内容阅读
一维半导体纳米结构具有良好的光电性能,被广泛应用于多种新型光电器件,如高效的太阳能电池、可调谐激光器、宽光谱光电探测器等,因而半导体纳米材料及其结构研究一直是研究人员关注的热点。目前,已经发展出多种制备一维半导体纳米结构的方法,但产物大多分布杂乱,生长取向不一,相互缠绕且较难分离,并且结构存在较多的缺陷,这些因素严重制约了其在器件加工与组装等方面的应用和发展。此外,单一组分的半导体材料具有固定带隙,只对其带隙附近的光子能量有光响应,而合金结构具有组分渐变和带隙可调等优点,大大增加了材料的加工特性及应用领域,因而合金纳米材料常被用于制备微型化的半导体器件。本文旨在探究一种高效制备高质量、模板尺寸的一维单晶CdS纳米线阵列的方法。同时,通过物理气相沉积实现组分可调的一维CdSxSe1-x合金纳米线阵列的制备。进一步地,构筑了CdSxSe1-x合金纳米线阵列的光电探测器,并研究了器件的光电性能。具体工作如下: 1.通过一步原位加热CdS单晶片的方法成功制备了模板尺寸的一维CdS纳米线阵列,并通过一系列材料表征手段,对样品的形貌、结构、成分以及光学性质等进行了详细的研究。结果表明,材料本身的性质及材料制备过程中所采用的温度、压强、反应时间和载气流速等多个实验参数对产物的形貌有重要的影响。通过该方法制备得到的CdS纳米线阵列的形貌呈头部较细、根部较粗的尖锥型形貌,在反应温度为750℃,反应时间为30min时,其长度约为20μm。获得的CdS纳米线呈现六方晶系结构,纳米线的生长方向为[0001],具有良好的单晶性,且纳米线阵列有单一取向。其光致发光(PL)光谱显示,502nm处一个明显的激发峰意味着CdS纳米线阵列具有好的结晶性和光学性质。 2.在双温区管式炉中采用原位热蒸发CdS单晶片和CdSe粉末物理气相沉积相结合的方法,通过改变衬底的温度实现对合金纳米线组分的调控,从而成功制备出模板尺寸、组分可调且单一取向的CdSxSe1-x合金纳米线阵列,并通过一系列材料表征手段对样品的形貌、结构和成分等进行了分析。通过PL谱对不同组分的CdSxSe1-x合金纳米线阵列进行了光致发光性能的研究。随着S组分的增大,发射峰会在1.75eV到2.45eV范围内连续可调且发生明显的蓝移,材料的能量色散X射线谱(EDX)图也证明了S和Se元素呈动态变化。 3.构筑了CdS0.56Se0.44合金纳米线阵列的光电探测器,并探究了其光电转换特性。在偏压为5V、入射光波长为532nm、光强为1.60mW/cm2条件下,该器件的明暗电流比即开关比约为230,光响应上升时间和衰减时间约为200ms,光响应度约为150mAW-1,比探测率约为1.3×1011Jones。经过多次不同条件下的实验和多次打开关闭光源的循环过程后,通过I-T曲线可发现该光电探测器依然保持有灵敏的开关特性和良好的循环稳定性。