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硅纳米线是近年来研究较广泛的准一维纳米材料,它具有优异的物理、化学性能,在将来的纳米电子器件、光电子器件以及新能源方面具有巨大的潜在应用价值。金属催化化学腐蚀法是制备硅纳米线阵列的有效方法,该方法成本低、制作工艺简单、稳定高效、晶向可控。本研究系统总结了该方法中金属催化颗粒的形成机理和在氢氟酸氧化剂混合溶液中硅纳米线的生长机理;分析了工艺参数对金属催化剂形貌的影响及对硅纳米线形貌的影响;获得了长度可控、大小均匀、吸光性好的硅纳米线,直径在20nm-200nm范围内,长径比最高可达到1000以上。
本研究采用自行设计的光电检测系统对硅纳米线阵列进行紫外光电响应性能检测,实验证明该检测系统检测速度快、检测结果稳定、检测灵敏。在光电测量过程中,硅纳米线阵列表现出较强的紫外光辐照的光电响应性能。最大的光响应电流与暗电流之比可达到25。硅纳米线的光电响应时间在O.01s-0.04s范围内。硅纳米线阵列的紫外光电响应度a的大小与测量过程中电解质溶液的浓度c、回路工作电压V密切相关。在很小或很大的溶液浓度和工作电压下,硅纳米线的紫外光电响应度较小,无法明确获得比较好的光电响应度a。只有选择合适的电解质溶液浓度和工作电压,才能在硅纳米线阵列中得到较大的光电响应度a。一般在电解质溶液的浓度为0.25mol/L-0.5mol/L,工作电压为1.4V-2.0V的情况下进行测量可获得比较好的硅纳米线阵列的光电响应。硅纳米线的表面结构状态影响其光电响应的性能。纳米线表面存在氧化层时,硅纳米线阵列的光电响应度大幅度下降;但用氢氟酸处理可以有效除去硅纳米线表面的氧化层,使光电性能恢有到原始态。