氧化锌因为具有宽带隙3.37 eV,高激子束缚能60 meV,近年来受到广泛的关注。而其中尤其以一维ZnO纳米材料最有吸引力,这是由于其具有较大的比表面积和限制在一维方向下的载流子传输等,这些都有助于提高器件性能。通过简单的水热生长并借助钝化层的作用,科研工作者可以得到横向生长的ZnO纳米棒阵列,并可用于场效应晶体管、场发射器件、紫外光敏探测器等光电器件。但是,要满足这些光电器件的实际应用要求,水热生长的一维ZnO纳米棒仍存在一些问题,如应用于场效应晶体管的开态电流较低、迁移率较低,应用于场发射器件时的场发射电流较低,应用于紫外光敏探测器暗态电流偏高、响应恢复时间较长。为了解决这些器件应用上的问题,本文采用铟掺杂氧化锌的方式,获得了一系列横向生长In掺杂ZnO纳米棒的光电器件,并在一定程度上改善了其性能。由于IZO纳米棒的紫外光敏探测器暗电流偏高,因此本文选用ZnO纳米棒制备紫外光敏探测器,并另辟蹊径用高功函数的Au和Ni形成叠层电极Au/ITO和Ni/ITO来降低暗电流,改善光敏性能。本文在水热制备横向ZnO纳米棒阵列的基础上,创新性地水热制备了 In掺杂ZnO纳米棒阵列,探索了可控制备IZO纳米棒阵列的水热反应机理和优化实验制备条件,探索和研究了 IZO纳米棒阵列用于场效应晶体管、场发射器件的应用,以及研究了 ZnO纳米棒阵列用于紫外光敏探测器的应用,这些工作为ZnO基纳米材料的光电性能提供科学参考,进一步拓宽了其在光电领域的应用范围。具体内容如下:首先,研究了反应温度、ZnO种子层厚度、ITO钝化层厚度、In掺杂浓度等关键因素对IZO纳米棒的生长排列的影响,为后续制备性能优良的光电器件提供基础。根据IZO纳米棒的排列生长情况确定了横向生长IZO纳米棒的合适条件为:反应温度85℃、ZnO种子层厚度300nm、ITO钝化层厚度70nm、In掺杂浓度为2 at%。对IZO纳米棒进行材料分析表征,XRD和EDS分析显示实现了 In掺杂ZnO,且实现了横向生长的In掺杂ZnO纳米棒。In掺杂是结合Zn2+和OH-进入到ZnO晶格中,在晶格中产生氧空位以及一个或两个自由电子,使得载流子浓度增加。In掺杂除了影响电子浓度,还会影响IZO纳米棒的形貌和排列。In掺杂之后,IZO纳米材料呈现顶端尖锐的带状结构,而不是典型的六棱柱状结构。In掺杂还会直接影响IZO纳米棒的排列,IZO纳米棒的排列分上下两部分,下层先充分生长,随着In掺杂浓度的增加,上层逐渐靠近生长。其次,通过横向IZO纳米棒阵列制备了高开态电流的场效应晶体管。相对于相同条件下制备的ZnO纳米棒场效应晶体管来说,IZO纳米棒场效应晶体管的性能得到优化。ZnO纳米棒场效应晶体管在Vgs=60 V和Vds=5 V条件下开态电流为1.86×10-5 A,IZO纳米棒场效应晶体管在Vgs=60 V和Vds=5 V条件下开态电流为6.39×10-4A,开态电流显著增加,此外,IZO纳米棒场效应晶体管迁移率为26.3 cm2 V-1s-1。器件性能改善的原因是掺杂后载流子浓度增加,一定程度上也归因于更好的带状形貌,更好的生长排列,更好的接触和传输性能。该IZO纳米棒场效应晶体管的制备方法具有一定借鉴意义,并有望用于需要大驱动电流的功率器件。此外,本文探索了 IZO纳米棒场效应晶体管开态电流增加的内在原理,In掺杂之后形成了有效的In-O-Zn结合,且没有形成In2O3或者In(OH)3,增加了氧空位浓度,从而增加了电子浓度,并最终增加了场效应晶体管的开态电流。再次,用水热法生长的横向IZO纳米棒阵列制备了高场发射电流的场发射器件。通过水热法实现对阵列密度、排列和形貌、长径比、电极间距的调控,从而实现对IZO纳米棒场发射性能的有效控制。探讨了 In掺杂改善IZO纳米棒场发射性能的内在原理,在外加电场的作用下,ZnO纳米棒或IZO纳米棒顶端电子积累,能带发生弯曲,势垒高度降低,电子隧穿的几率增加,而掺杂In后,IZO纳米棒有更多的电子能够发生隧穿,从而使相同电压下场发射电流增加,场发射性能提高。在电极间距为70 μm时,IZO纳米棒的场发射性能最好,开启电场强度1.4 V/μm,场增强因子2252,此时在7 V/μm时的最大场发射电流26.15 μA,总体场发射性能要明显优于ZnO纳米棒场发射性能。最后,分别以Ni/ITO和Au/ITO叠层电极制备了 ZnO纳米棒的阵列,并用于低暗态电流的ZnO紫外光敏探测器。研究叠层电极Au/ITO、Ni/ITO对生长形貌和排列的影响,对光电流、暗电流、灵敏度、响应时间、恢复时间的影响。探讨了 ZnO纳米棒光敏探测的机理,有两部分势垒在起作用,一部分是ZnO纳米棒和纳米棒接触的肖特基势垒,另一部分是金属电极和半导体接触的肖特基势垒,与金属的功函数相关。叠层电极Au/ITO、Ni/ITO和半导体接触的肖特基势垒接近,但Au/ITO探测器中ZnO纳米棒和纳米棒接触形成肖特基势垒,因此Au/ITO叠层电极探测器的总肖特基势垒高度高于Ni/ITO探测器,阻碍载流子的注入和传输,所以Au/ITO叠层电极探测器的暗电流更低。光生电子-空穴对被肖特基势垒的内建电场分离,这减小了电子-空穴对复合的几率并增加了载流子的寿命,更快达到光电流的最大值,从而改善响应时间;而关闭光照后Au/ITO叠层电极探测器的恢复时间更快,因为氧分子在ZnO纳米棒和纳米棒的肖特基势垒界面附近重新吸附,更快回到暗电流值。横向纳米光电器件的制备工艺通常比较复杂,而且比较耗时,而本文基于IZO纳米棒的横向生长,只需要简单的水热反应,加上适当的器件结构设计,就成功地制备了场效应晶体管、场发射器件和紫外光探测器等光电器件,并对这些器件的性能规律和工作原理进行了研究和探讨。本文的工作为ZnO基纳米材料的光电性能提供科学参考,并进一步拓宽了其在光电领域的应用范围。