In2Se3纳米结构生长及性质研究

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硒化锢(In2Se3)作为一种特殊的宽禁带Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体,具有很高的电阻率以及多个晶格相。由于其特殊的电学、光学特性被广泛应用于光探测器、太阳能电池以及随机相变存储器(PRAM)等器件领域。半导体In2Se3成为光电子学以及存储领域材料研究的热点。本文利用化学气相沉积(C VD)半导体工艺技术在硅片和氟晶云母衬底上分别成功制备了 In2Se3纳米线和In2Se3纳米片。利用表征手段如:扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)、拉曼散射光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、文射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)以及透射-吸收光谱等对In2Se3纳米结构进行测试分析。主要结果如下:1.In2Se3纳米线基于CVD工艺以镀金的硅片作为衬底成功制备,其中Au在生长过程中起到催化剂的作用,通过Raman光谱表征确定纳米线样品为β-In2Se3晶格结构,EDS测试数据显示In元素和Se元素的原子数量比为2:3,XPS数据分析可知In元素以+3价的方式存在,Se元素以-2价的形式存在。单根β-In2Se3纳米线的PL谱表明其光学带隙大约为1.72eV,其发光机制为自由激子的带边跃迁,并且纳米线样品中并没有出现由杂质或缺陷导致的发光峰。对纳米线的Ⅰ-Ⅴ測试表明,单根纳米线的电阻在1013Ω的数量级,白光照射后会产生光生载流子,电阻减小两个数量级。2.同样采用化学气相沉积工艺在无催化剂的氟晶云母沉底上成功制备出In2Se3纳米片,通过分析Raman和EDS测试数据确定纳米片样品为y-In2Se3晶格结构,并且通过SEM、AFM以及XRD的测试数据分析纳米片的生长机理为范德瓦尔斯外延生长并且沿着(001)晶向生长。并且对纳米片样品在氩气氛围下进行退火之后,发现In空位明显减少,表现在PL光谱上由In空位缺陷导致的发光峰消失以及EDS测试显示In原子的百分比增加,利用高斯公式拟合得到主要的发光机制为自由激子跃迁产生的带边发光,其光学带隙大约为1.89eV。通过对纳米片的透射-吸收谱的分析得到其禁带宽度约为2.07eV,进一步计算可估算到y-In2Se3纳米片的光吸收系数在105cm-1数量级。
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