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半导体纳米线由于其独特的电学和光学性质越来越受到人们的关注。人们先后发现了多孔硅和纳米晶硅显著的发光特性,使纳米结构的的硅衬底应用于高速场效应晶体管、生物和化学传感器、低能量消耗的发光设备等光电子装置上。这项应用最大的特点就是用发展成熟低成本的硅基技术将光学和微电子学在一个硅衬底上实现结合。
本论文的研究主要包括两方面内容,首先我们利用磁控溅射技术和热退火技术在Si衬底上制备Au纳米点阵;然后制备和ZnO多种纳米结构,并以多种电子显微技术为主,结合电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、样品的光致发光谱(PL)的测试、傅里叶变换红外透射谱(FTIR)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、(选区)电子衍射(SAED)等手段,对了纳米结构的形貌、显微结构、成分进行了测试分析与表征。SiO2是玻璃以及以硅为主的微电子器件和光纤的重要组成部分,在电子和光学器件上有着基本和潜在的应用,己逐渐成为一维纳米材料重要的候选者。目前,国内外有关薄膜形式的Au/SiO2纳米粒子复合材料研究很少,因而具有相对比较广阔的研究领域.ZnO作为一种应用广泛的直接宽带隙(3.36eV,300K)半导体,其优异的光电性能使其成为近十年来各国研究的热点。
结合SiO2和ZnO纳米结构的生长过程与相关测试技术,我们还对SiO2和ZnO纳米结构的生长机理进行了探讨。主要内容如下:
(1)利用磁控溅射技术与热退火技术在Si(111)衬底上制备了Au纳米点阵,从而得到生长一维纳米材料的不同模板。实验过程中我们研究了退火温度、退火时间对Au薄膜形貌的影响,并制备了排列均匀,尺寸也比较均匀的Au纳米点阵。此Au纳米点阵对后期的SiO2和ZnO纳米结构生长起到了比较重要的作用.
(2)采用磁控溅射法后退火成功制备了表面均匀覆盖的Au/SiO2复合纳米颗粒膜。并用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射方法(XRD)对不同温度退火后的Au/SiO2复合薄膜的表面形貌、微观结构进行了表征。得出最佳的生长条件。
(3)在自组装的Au催化剂模板上生长SiO2纳米线,直径约为100nm,长度约为4微米,表面光滑,直且粗细均匀。简要说明了纳米线生长的一般过程,纳米线生长过程符合VLS生长机制。
(4)在制备Au纳米点阵的基础上,我们利用热CVDZn源直接氧化法制备ZnO纳米结构。
(5)对制备的纳米结构样品我们进行了以电子显微技术为主的测试与表征,主要包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、样品的光致发光谱(PL)的测试、傅里叶变换红外透射谱(FTIR)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、(选区)电子衍射(SAED)等。