氧化物纳米线肖特基势垒的输运特性及光电器件研究

基于一维半导体纳米材料发展新型纳米光电器件是纳米科技研究中的重要领域.近年来纳米线肖特基势垒的输运特性及其在光电器件方面的应用受到研究人员的广泛关注.本文中,对氧化物纳米线肖特基势垒的研究背景以及我们近年的研究进展进行评述,主要包括以下三个方面:(1)氧化物纳米线肖特基势垒的输运特性研究;(2)氧化物纳米线肖特基势垒输运特性的调控方法探索;(3)基于氧化物纳米线肖特基势垒的光电器件研究.     

钛酸钠纳米线的合成和结构

利用TiO2粉末和NaOH水溶液在175~240℃水热反应得到了具有层状结构的钛酸钠纳米线。研究了原料比例和反应温度的影响。利用X射线粉末衍射、电子显微术和X射线能量色散谱等结构分析手段研究了纳米线的微观结构。观察到纳米线内部存在大量畴界和缺陷。发现上述钛酸钠纳米线的结构与任何已知结构都不相同,初步标定为单斜结构,单胞参数为a=2.15nm,b=0.377nm,c=1.28nm,β=103.5°。进一步用上述纳米线和KOH溶液水热反应合成了钛酸钾(K2Ti8O17)纳米线。     

钛酸钠纳米线的合成和结构

利用TiO₂粉末和NaOH水溶液在175℃～240℃水热反应得到了具有层状结构的钛酸钠纳米线。研究了原料比例和反应温度的影响。利用X射线粉末衍射、电子显微术和X射线能量色散谱等结构分析手段研究了纳米线的微观结构。观察到纳米线内部存在大量畴界和缺陷。发现上述钛酸钠纳米线的结构与任何已知结构都不相同,初步标定为单斜结构,单胞参数为a=2.15nm, b=0.377nm, c=1.28nm, β=103.5°。进一步用上述纳米线和KOH溶液水热反应合成了钛酸钾(K₂Ti₈O₁₇)纳米线。     

钛酸钠纳米线的制备及其性能

利用水热法制备钛酸钠(Na2Ti3O7)纳米线,并研究了该材料制作湿敏传感器的特性.结果表明:该传感器的特性较好,响应和恢复时间分别为5s和6s;当工作频率为20Hz,相对湿度在11%～95%变化时,该传感器的电阻变化为5个数量级,且电阻与相对湿度变化间的线性关系较好.     

钠纳米线的结构与电子特性

将密度泛函理论基础上的第一性原理计算同经验分子动力学模拟相结合系统的考察了晶状和螺旋两类典型钠纳米线的结构特征和输运性质.对纳米线的力学和热学稳定性分析表明,螺旋线的综合稳定性优于晶状线.而根据量子电导的计算,纳米线的电导总体上随着线径的增大而增加,并且晶状线比螺旋线具有更多的电导通道.     

三硒化二铟纳米线的尺寸依赖性光电导研究

利用气-液-固(VLS)生长机理合成出高质量的单晶三硒化二铟(In_2Se_3)纳米线,所合成的In_2Se_3纳米线的直径分布在20～200 nm范围内,长度为几十微米.采用标准的微纳加工工艺,成功构建了基于单根In_2Se_3纳米线的器件,其器件结构为电阻型结构.经过对一系列具有不同直径大小的In_2Se_3纳米器件的光电导性能研究,该类器件的光电导性能表现出明显的尺寸依赖性,为构建基于In_2Se_3纳米线的高效光探测器提供了关键的实验和理论依据.     

钛酸铅纳米线的铁电相变研究

采用水热法合成钙钛矿结构钛酸铅（PbTiO3）纳米线.水热温度对产物的形貌有较大的影响,PbTiO3纳米线的直径为10~20 nm.变温Raman光谱研究表明,随着温度的升高,位于600 cm-1以上声子的振动频率变化不大,而位于低频的振动峰发生了红移或消失;PbTiO3纳米线在283℃发生正交→四方的结构转变,而在435℃附近对应于PbTiO3纳米线的四方→立方转变.     

空气对InAs 纳米线场效应晶体管性能的影响

制备基于单根InAs 纳米线的平面场效应晶体管纳米器件, 测量并研究器件在真空、空气、氮气、氧气、水汽和大气污染成分二氧化氮中的电学特性。与真空中的结果相比, 空气中器件的阈值电压向正栅压方向偏移, 关态电流上升, 开关比下降。空气的主要成分氮气对器件性能没有可分辨的影响; 氧气的影响很弱; 水汽使关态电流上升, 开关比下降, 但使阈值电压向负栅压方向偏移。研究表明, 大气污染成分二氧化氮使器件的阈值电压向正栅压方向偏移, 开关比不变。研究结果表明, 空气对器件性能的影响是水汽和二氧化氮共同作用的结果。     

钛酸铅纳米线的XPS和Raman特性研究

采用水热法在200℃合成直径约为12 mm、长度达5μm、具有四方相钙钛矿结构的钛酸铅(PbTiO3)纳米线.X射线光子能谱(XPS)结果表明,PbTiO3纳米线的Ti 2p(3/2)结合能中心峰值大于PbTiO3陶瓷,导致Ti 2p自旋轨道分裂(Δ(2p(3/2)~2p(1/2)))增大.室温激光Raman光谱研究显示,PbTiO3纳米线的振动模具有红移和拉曼峰展宽现象,表明纳米线的声子寿命相对于块体材料有所减小.     

宏观尺度纳米线组装体及功能

高质量纳米线的可控及宏量制备技术是构筑具有多重功能纳米线器件和促进纳米线应用技术进一步发展的基础,而发展简便、可靠、有效的纳米线组装技术是实现纳米线材料未来应用的关键.构筑宏观尺度纳米线组装体及其功能化不仅可以改进一维纳米材料的本征性能,而且可以创造出新的纳米特性和功能.本文重点回顾本实验室在高质量纳米线制备、组装技术及组装体制备方面取得的最新进展,并展望该领域未来发展的重点和方向.     

Assembly of CdS Nanowires from Solution Using Oriented Nanofibers

This paper presents an universal assembly approach,based on the oriented nanofibers,for the formation of large-scale ordered nanowire arrays.First,CdS NWs solution is dripped onto the substrate surface.Second,before the CdS NWs solution evaporates,the oriented nanofibers slides along the substrate surface to assemble the CdS nanowires.The mechanism involving ordered alignment of nanowires on the substrate surface was investigated based on our experimental results.The resulting nanowires arrays can be further used for the creation of massive nanoelectronic-device arrays.     

纳米线中声学极化子基态能量的求解

首先推导了纳米线中电子-声学声子相互作用的新哈密顿量,然后用Huybrechts变分法计算出了声学极化子的基态能量,并进一步讨论了纳米线中声学极化子自陷的判别标准.与前人研究成果对比发现,纳米线中声学极化子自陷的判别标准与一维声学极化子自陷的判别标准相当.     

几种纳米线连接方法的比较

对4种电连接纳米线通常使用的方法进行了比较.这些方法包括:(i)采用微机械手现场操作把纳米线放置于预制备的电极上;(ii)离子与电子束辅助沉积;(iii)电子束曝光以及(iv)丢落投掷到预制备的电极上.主要基于产出量、接触电阻、制备难易程度以及进一步形成新器件和结构的可能性等方面进行了细致讨论.     

表面化学修饰对氧化锌纳米线电子性质的影响

通过第一性原理密度泛函理论计算,系统研究了在对不同尺寸[0001]ZnO纳米线的{0110}侧面进行化学修饰(存在悬挂键、完全氢钝化、完全氟化)时所引起的纳米线电子性质的变化情况.结果表明,相比较于量子限制效应,表面化学修饰对ZnO纳米线电子结构的影响更加强烈,而纳米线带隙的具体变化趋势则与修饰原子的种类有关.并进一步讨论了产生这种变化的物理机制.     

无电化学沉积法合成铜纳米线

采用无电化学沉积法制备铜纳米线,与电化学沉积法不同,无电化学沉积法不需要在通孔模板的一面溅射一层导电金膜作为阴极,以及持续供给电力才能完成纳米线的合成.考察沉积时间、敏化液等因素对铜纳米线制备的影响.使用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)对样品其进行检测,结果表明,无电化学沉积法首先形成纳米粒子,随着沉积时间的延长,纳米粒子逐渐融合形成纳米管、纳米线.制备的铜纳米线为多晶态结构.在没有模板限制的情况下,铜原子自催化生长形成类似于花瓣的结构.用95%乙醇代替水配制的敏化液性质较稳定,但是,与以水配制的敏化液相比,在大约相同的沉积时间条件下较不易形成纳米线.