（光学工程专业论文）多足和盘状zno及zno（pbs）碳纳米管异质纳米结构的光电特性研究.pdf

多足和盘状z n o 及z n o ( p b s ) 碳纳米管异质纳米结 构的光电特性研究 专业：光学工程 博士生：余丁山 导师：李宝军教授 摘要 z n o 是一种重要的宽带隙半导体氧化物材料，具有大的禁带宽度( 3 3 7e v ) 和激子束缚能( 6 0m e v ) 以及高化学稳定性，使其成为制造纳米光电子器件的理想 材料。目前，已经制备出许多不同形状的一维z n o 纳米结构，这些一维纳米结 构显示了独特的光电性能，在纳米光波导、纳米激光器、纳米传感器等领域具有 潜在的应用前景。然而，对于一些特殊形态的二维或三维z n o 纳米结构的报道 却比较少，这些纳米结构可能在纳米器件领域具有特殊的应用价值。另一方面， 半导体量子点( z n o 等) 和一维纳米结构( 纳米管，纳米线，纳米棒) 都是纳米器件 的基本构筑单元之一。因此，将半导体量子点与一维纳米结构进行组合，可望构筑 出一些新颖的光电纳米器件。本论文的研究工作主要着眼于一些有趣形态的z n o 纳米结构( 包括二维的盘状纳米结构和三维的多足状纳米结构) 和z n o 等半导 体量子点碳纳米管一维异质结构，系统地研究其制备，结构及光电性能，并探 索它们在光电器件领域潜在的应用价值。本论文的研究结果概括如下： 1 s o ! 衬底上生长的多足状纳米z n o 的光致发光与受激发射 采用热蒸发法，在没有催化剂的条件下，在s o l 衬底上成功制备了多足状 三维z n o 纳米结构。通过光致光谱研究了纳米结构的发光特性，发现样品具有 相当强的绿光发射和较弱的紫外光发射，这表明样品中含有大量的氧空位或表面 态。样品经过乙醇表面处理后，紫外发光强度明显增强，这是由于样品表面吸附 的氧分子所导致的。在变温的光致发光谱中，紫外发光显示了一个不寻常的发光 现象：在5 0 1 2 0k 温度范围内，紫外发射积分强度随温度的升高而增加，这与 在无序的多孔硅体系中发现的不寻常发光行为非常类似，进一步反映了多足状 z n o 中含有车富的表西态。另外，尽管样品晶体质量不完美，仍然可以在3 2 3e v 左右麓测到紫外激光发射，受激发射哥能归咎于激子激子碰撞的辐射复合。这 种分级的三维纳米结构在多端纳米传感器等方匿具有应用价值。 2 s o i 衬底上垂直生长的六角z n o 纳米盘的紫外激光发射和时 间分辨光谱 采用热蒸发法，在没有催化剡的条件下，直接在s o l 衬底表面首次生长得 到垂直于衬底表面的二维z n o 盘状纳米结构。所制备的z n o 纳米盘，均是六方 纤锌矿结构的单晶，呈六边形结构，对角线的长度和厚度分别介于0 8 3 “m 和 l0 2 0n m 之间，厚度相对于对角线而言是非常薄的，因此具有超薄的形貌特征。 采用飞秒和皮秒激光器对z n o 纳米盘进行了受激辐射和时间分辨光谱的研究， 第一次在这种六焦盘状z n o 纳米结构中观测到紫外激光发射，激光发射的中心 波长在3 8 5n m ( 3 2 2e v ) 左右，受激辐射的阕值能量密度为2 0 5l a j l e m 2 。通过对样 品的激光机制的分析，发现六角纳米盘的受激辐射来自于纳米盘自身构成的谐振 腔，谐振腔中回音壁式( w g m ) 激光模式占主导地位。通过对样品的时间分辨光 致发光谱的研究，结果表明：当泵浦光强低于阀值激发时，时间分辨光谱能够用 双指数衰减模型拟合得到的两个寿命分别为6 8p s 和3 7 6p s 。当泵浦光强高于阀 值激发时，时间分辨光谱主要由一个寿命为2p s 的衰减过程决定。这种z n o 盘 状纳米结梅可望用来制作纳米激光器。 3 。液相法制备的z n o ( p b s ) 量子点7 多壁碳纳米管异质结构的光电 转换特性的研究 遘过简单的液相法将z n o 量子点直接组装割多壁碳纳米管( m w c n t ) 的表丽， 成功地构簸了薪颖的一维异质结梅。这种直接组装的方法能够较好的保持m w c n t i i 原有的结构和独特光电性能。通过对样品的光致发光谱的研究，发现m w c n t 能 够有效地猝灭z n o 量子点的发光，进一步分析表明处于激发态的z n o 量子点与 m w c n t 之间存在电荷转移相互作用。并且，在3 6 5n m 紫矫光照射下，由 z 润矿m w q 盯异震结梅形成的薄膜电极显示了匙好酶可重复酶光电流响应特性。有 趣酶是，赉于m w c n t 麴辱l 入导致了z n o 纳米颗粒薄貘电粳麓光电流增麓了2 蛰，这避一步证实两者之阕确实存在光诱导毫胬转移，也反映了这种一维异质缀 梅具有较强赞电赞分离和传输携力。基予z n o m w c n t 异质结构的设计思路， p b s 量子点也被成功地组装到m w c n t 的表面，形成p b s m w c n t 异质结构。 研究发现通过改变反应条件可以控制异质结构中量子点的尺寸、形状和覆盖密 度，并且p b s 量予点与m w c n t 之间也存在光诱导电荷转移。这种新籁的攀导 体蒙子点多蕉碳纳米管杂纯结构可望废用于光电转换器件领域 关键i , , 1 - 氧化锌；异蕨结梅；紫矫激光发射；光电转换 释l o p t o e l e c t r o n i cc h a r a c t e r i s t i c so fz n om u l t i p o d s ， n a n o d i s k s ，a n dz n o ( p b s ) c a r b o nn a n o t u b e s h e t e r o s t r u c t u r e s m a j o r ： n a m e ： o p t i c a le n g i n e e r i n g d i n g s h a ny u a b s t r a c t z n oi sa ni m p o r t a n tw i d e g a ps e m i c o n d u c t o rm a t e r i a l w i d eb a n dg a po f3 37 e v ，l a r g ee x c i t i o nb i n d i n ge n e r g yo f6 0m e v ，a n dh i g hc h e m i c a ls t a b i l i t ym a k ez n o a ne x c e l l e n tc a n d i d a t ef o rt h ef a b r i c a t i o no fn a n o s c a l ee l e c t r o n i ca n do p t o e l e c t r o n i c d e v i c e s r e c e n t l y ，v a r i o u so n e d i m e n s i o n a lz n on a n o s t r u c t u r e sh a v eb e e nr e p o r t e d a n dt h e s en a n o s t r u c t u r e sh a v ed e m o n s t r a t e du n i q u ep r o p e r t i e sa n dn u m e r o u sp o t e n t i a l a p p l i c a t i o n ss u c h a sn a n o s c a l eo p t i c a lw a v e g u i d e ，n a n o l a s e r sa n dn a n o s e n s o r s n e v e r t h e l e s s ，r e l a t i v e l yf e ws t u d i e sw e r er e p o r t e do nt w o o rt h r e e d i m e n s i o n a lz n o n a n o s t r u c t u r e sw i t hs p e c i a lm o r p h o l o g i e s ，w h i c hm a yh o l dp r o m i s ef o rn a n o d e v i c e s w i t hs o m es p e c i a lf u n c t i o n s o nt h eo t h e rh a n d ，s e m i c o n d u c t o rq u a n t u md o t s ( z n oo r p b s ) a n do n e d i m e n s i o n a ln a n o s t r u c t u r e s ( n a n o t u b e s ，n a n o r o d ，n a n o w i r e ) a r eb o t h i m p o r t a n tb u i l d i n gb l o c k sf o rn a n o d e v i c ef a b r i c a t i o n t h u s ，i ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c e t oc o m b i n eq u a n t u md o t sa n do n e - d i m e n s i o n s i o n a ln a n o s t r u c t u r e st od e s i g na n d d e v e l o pn o v e lo p t o e l e c t r o n i cf u n c t i o n a ln a n o d e v i c e s h e r e i n ，w ep r e s e n tt h eb a s i c s t u d yo nz n on a n o s t r u c t u r e sw i t hi n t e r e s t i n gm o r p h o l o g i e sa n d s e m i c o n d u c t o r q u a n t u md o t c a r b o nn a n o t u b eh e t e r o s t r u c t u r e s i nn a n o s c a l e o p t o e l e c t r o n i c d e v i c e a p p l i c a t i o n s t h em a i n c o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： i v 1 。p h o t o l u m i n e s c e n c ea n dl a s i n gc h a r a c t e r i s t i c so fz n om u l t i p o d sg r o w no n s i l i c o n o n i n s u l a t o rs u b s t r a t e s z n om u l t i p o d sw e r eg r o w no ns i l i c o n - - o n - i n s u l a t o rs u b s t r a t e sb yt h e r m a l e v a p o r a t i o nm e t h o dw i t h o u tc a t a l y s t s t h ea s p r e p a r e ds a m p l e ss h o wac o n s i d e r a b l e s t r o n gg r e e 投e m i s s i o na n daw e a ku l t r a v i o l e t ( u v ) e m i s s i o n ，w h i c hi m p l i e st h e p r e s e n c eo fa b u n d a n to x y g e nd e f e c t sa n ds u r f a c es t a t e s a no b v i o u s l ye n h a n c e du v e m i s s i o ni so b s e r v e da tr o o mt e m p e r a t u r ea f t e rt h ee t h a n o lr i n s i n g t h i si sa s s o c i a t e d w i t ht h ea d s o r b e do x y g e no nt h em u l t i p o ds u r f a c e n o t a b l y ，t h ei m e g r a m di n t e n s i t yo f u ve m i s s i o ne x h i b i t e da n o m a l o u st e m p e r a t u r ed e p e n d e n c ea t5 0 - 12 0kk n o w na s b e r t h e l o t t y p eb e h a v i o r t h i sc a n b ea n a l y z e di nt e r mo ft h ec o m p e t i t i o nb e t w e e nt h e r a d i a t i v ea n dt h en o n r a d i a t i v eh o p p i n gp r o c e s s e sb yu s i n gam o d e ld e v e l o p e df o r d i s o r d e r e dp o r o u ss e m i c o n d u c t o r s 。s u c hu n u s u a lp lb e h a v i o rr e f l e c t st h ep r e s e n c eo f h i g hs u r f a c es t a t ed e n s i t yi nz n om u l t i p o d s 。i ns p i t eo fi m p e r f e c tc r y s t a lq u a l i t y ， t h e s em u l t i p o d ss t i l le x h i b i tr o o m - m m p e m t u r eu vl a s i n ge m i s s i o na t3 2 3e va n dt h e l a s i n gm e c h a n i s mm a yb ea t t r i b u t e dt ot h ee x c i t o n e x c i t o ns c a t t e r i n g t h u s ，s u c hz n o n a n o s t r u c t u r e sw i t hm u l t i p l ea r m sm a yf i n da p p l i c a t i o n si nm u l t i t e r m i n a ln a n o d e v i c e s s u c ha ss e n s o r s 2 u l t r a v i o l e tl a s i n ga n dt i m e r e s o l v e dp h o t o l u m i n e s c e n c eo fu l t r a t h i nh e x a g o n a l z n on a n o d i s k sg r o w nv e r t i c a l l yo ns i l i c o n o n - i n s u l a t o rs u b s t r a t e s h e x a g o n a lz n on a n o d i s k sw e r ef a b r i c a t e do ns i l i c o n - o n - i n s u l a t o rs u b s t r a t e sb y t h e r m a le v a p o r a t i o n ( o rv a p o r t r a n s p o r t ) m e t h o dw i t h o u tc a t a l y s t s t h er e s u l t i n g n a n o d i s k sp o s s e s su l t r a t h i nt h i c k n e s s ( 10 2 0n n l ) a n dm o s to ft h e mp r e s e n tv e r t i c a l o r i e n t a t i o no nt h es u b s t r a t es u r f a c e u n d e ro p t i c a le x c i t a t i o n ，t h e s eu l t r a t h i nn a n o d i s k s e x h i b i tr o o m - t e m p e r a t u r eu l t r a v i o l e tl a s i n ge m i s s i o nw i t ht h ee x c i t a t i o nt h r e s h o l do f 2 0 5i 1 , j c m 2a n de m i s s i o nl i f e t i m eo f2p s 勖& b e s to fo u rk n o w l e d g e ，t h i si st h e f i r s to b s e r v a t i o no fu vl a s i n gi nu l t r a t h i nh e x a g o n a ld i s kz n os t r u c t u r e s a tl o w e r e x c i t a t i o ne n e r g yd e n s i t y ，t h et r a n s i e n tp ls p e c t r ae x h i b i tb i e x p o n e n t i a ld e c a y b e h a v i o rc o m p o s e do fa ni n i t i a lf a s tt i m ec o m p o n e n to f6 8p sa n das e c o n ds l o wt i m e c o m p o n e n t o f 3 7 6 p s t h e d e t a i l e d l a s i n ga n a l y s i s i n d i c a t e st h a t v w h i s p e r i n g - g a u e r y - m o d el a s i n gm a yo c c u ri nt h ez n on a n o d i s k s t h u s ，s u c hd i s k n a n o s t r u c t u r e sm a yh o l dp r o m i s ef o rn a n o l a s e r s 3 f a b r i c a t i o na n d 赫o t o e l e e t r i ee o n v e 鹣i o np r o p e r t i e so fz n o ( p b s ) q u a n t u m d o t s c a r b o nn a n o t u b eh e t e r o s t r u e t u r e s z n oq u a n t u md o t sw e r ea s s e m b l e do n t ot h es u r f a c eo fm u l t i w a l l e dc a r b o n n a n o t u e ( m w c n t ) ，f o r m i n go n e - d i m e n s i o n a lh e t e r o s t m c t u r e s ，v i a as i m p l e s o l u t i o n - p h a s em e t h o d 。o u rm e t h o dp r e s e n t e dc a l le f f e c t i v e l yp r e s e r v et h eo r i g i n a l p r o p e r t i e so ft h en a n o t u b e s t l r e s u l t sr e v e a lt h a tt h ee m i s s i o no ft h ez n oq u a n t u m d o t sc a nb ee f f e c t i v e l yq u e n c h e dw h e nt h e yw e r ec o u p l e dt ot h em w c n t f 撼s s u g g e s t st h a tt h ep h o t o i n d u c e dc h a r g et r a n s f e rm a yo c c u rb e t w e e nt h ez n oa n dt h e m w c n t ，n o t a b l y ，u p o ne x c i t a t i o nw i t h 删l i g h t ( 3 6 5n m ) ，t h er e s u l t i n g h e t e r o s t r u c t u r es h o w se n h a n c e dp h o t o c u r r e n tr e s p o n s ec o m p a r e dt ot h ep u r ez n o q u a n t u md o t s t 撼si m p l i e st h a tt h eh e t e r o s t r u c t u r e sm i n i m i z er e c o m b i n a t i o no f p h o t o i n d u c e de l e c t r o n s a n dh o l e sa n d h a dam o r ee f f e c t i v ep h o t o c o n v e r s i o nc a p a b i l i t y t h a np u r ez n o m e a n w h i l e ，p b sq u a n t u md o t sw e r ea l s oa s s e m b l e do n t ot h e m w c n 下s u r f a c ef o r m i n gp b s 力唾w c n th e t e r o s t r u c t u r e 。i tw a sf o u n dt h a tt h es i z e ， s h a p e ，a n dc o v e r a g ed e n s i 秒o ft h ea s s e m b l e dq u a n t u md o t so nt h em w c n tc a nk c o n t r o l l e db yv a r y i n gr e a c t i o nc o n d i t i o n s 。i n t e r e s t i n g l y ，p h o t o i n d u c e dc h a r g et r a n s f e r a l s oe x i s t sb e t w e e nt h ep b sa n dt h em w c n t 。t h u s ，s u c hn o v e ls e m i c o n d u c t o r q u a n t u md o t c a r b o nn a n o t u b ch e t e r o s t r u c t u r e sm a yf i n da p p l i c a t i o n si np h o t o e l e c t r i c c o n v e r s i o nd e v i c e s k e yw o r d s ：z n o ；h e t e r o s t r u c t u r e ；u l t r a v i o l e tl a s i n g ；p h o t o e l e c t d c a lc o n v e r s i o n v i 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内 容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结 果由本人承担。 学位论文作者签名：彳岳百加 e t 期：2 o o 1 年6 月r e l 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送 交论文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的 的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以 采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 一虢念了雠：房哪 日期：2d 眸易月5 日日期：伽p 年r 月，日 知识产权保护声明 本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指 导下完成的成果，该成果属于中山大学物理科学与工程技术 学院，受国家知识产权法保护。在学期间与毕业后以任何形 式公开发表论文或申请专利，均须由导师作为通讯联系人， 未经导师的书面许可，本人不得以任何方式，以任何其它单 位做全部和局部署名公布学位论文成果。本人完全意识到本 声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：谷了也 日期：0 口口踔占月s 日 中山大学博士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 1 9 5 9 年，在加州理工学院的物理年会上，著名物理学家、诺贝尔奖获得者 r i c h a r def e y n m a n 做了一个富有想象力和前瞻性的报告“t h e r e sp l e n t yo fr o o m a tt h eb o u o m 一。在报告中他预言：“毫无疑问，巍我们得以对细微尺度的事物加 以操纵的话，将大大扩充我们可能获得物性的范围骨。他所指的细微尺度的事物 就是现在的纳米材料，加已操纵就是纳米技术的应用。f e y n m a n 的大胆预言，揭 开了人们认识和掌握纳米科技鳃亭幕。在此后的若干年，毒于微观测量和操纵技 术的不断进步，f e y n m a n 的预言正在逐步成为现实。副2 l 世纪的今天，纳米科 技对传统产业的实质性影响和对未来工业的潜在革新已毋庸质疑。因此，人们普 遍认为，纳米技术将和信息技术一起成为高科技和新兴学科发展的基础【i l 。 在整个纳米科技领域中，纳米材料毫无疑问是最为活跃、最接近应用的重要 组成部分，它涉及到纳米材料的制备技术、结构、性能以及应用等。各个纳米研 究领域，比如纳米电子学，纳米光子学、纳米光电子学等，都涉及到纳米材料的 研究。通常，纳米材料撂的是在三维空闯中至少有一维处于纳米尺度范围( ；u：宅cooo卅oc乱 中山大学博士学位论文 纳米线阵列的染料敏化太阳能电池，这种太阳能电池的能量转换效率达到1 5 ， 填充因子为o 3 7 。最近，p e l l i n 等人首先利用模板法制备了z n o 纳米管，然后将 z n o 纳米管作为光阳极引入到染料敏化太阳能电池中，能量转换效率达到1 6 ， 填充因子达到了0 6 4 。 e c o n o l a y e r f ：$ n o - 2 _ g l a s s 4 一4， f 坤 节 矗。“ 簟管 l i g h t 图1 4 基于z n o 纳米线的染料敏化的太阳能电池的结构示意图 1 4 5 压电式纳米发电机 3 9 4 2 1 美国佐治亚理工学院王中林研究组利用竖直结构的z n o 纳米线的独特半导 体和压电性质，成功地在纳米尺度下将机械能转化成电能，在世界上首次研制成 功纳米发电机。这一重大发现开启了纳米科学和技术的新篇章，2 0 0 6 年4 月1 3 日出版的美国s c i e n c e 周刊对此进行了长篇的报道。这种纳米发电机是在具有竖 直结构z n o 纳米线的基础上研制而成的。如图1 5 所显示，通过用导电的原子 力显微镜探针将竖直的氧化锌纳米线弯曲，输入机械能。同时，z n o 纳米线的压 电效应使电荷产生极化，将机械能转化成为电能由于z n o 的半导体特性，用 半导体和金属的肖特基势垒将电能暂时储存在纳米线内，然后用导电的原子力显 微镜探针接通这一电源，并向外界输电，从而完美地实现了纳米尺度的发电功 能更重要的是这一纳米发电机能达到1 7 到3 0 的发电效率，为自发电的纳 中山大学博士学位论文 米器件奠定了原理和理论基础。最近，王中林等人在纳米发电领域再次取得突破 性进展：通过在弹性纤维上生长z n o 纳米线，他们成功地将纤维的低频震动转 化为电能。这项成果发表在近期英国著名的n a t u r e 杂志上。他们利用溶液化学 方法，将z n o 纳米线沿径向均匀生长在纤维表面，然而用两根纤维模拟了将低 频震动转化为电能的这一过程。为了能实现电极与z n o 纳米线之间的肖特基接 触，他们采用磁控溅射在一根纤维表面镀了一层金膜作为电极，而另一根表面是 未经处理的氧化锌纳米线。当两根纤维在外力作用下发生相对运动时，表面镀有 金膜的z n o 纳米线像无数原子力显微镜探针一样，同时拨动另外一根纤维上的 氧化锌纳米线；所有这些z n o 纳米线同时被弯曲、积累电荷，然后再将电荷释 放到镀金的纤维上，实现了机械能到电能的转换。 a 图1 5z n o 纳米线阵列的s e m ( a ) 和a f m ( c ) 图片；纳米发电机的实验装置图( b ) 1 5 6 场效应晶体管 4 3 - 4 8 1 一维纳米z n o 已经被用来制作场效应晶体管。s u n 等人提出了一种基于z n o 纳米棒的场效应晶管。器件结构如图1 6 所示。他们的制作方法如下：在重掺杂 n 型硅片上生长一层s i 0 2 作为栅氧化层，接着通过光刻的方法在基片上制备叉指 1 4 中山大学博士学位论文 状a u c r 合金电极。同时采用水热的方法制得到6 5n l n 长的纳米棒，接着用有机 溶剂去分散纳米棒，形成溶液，然后通过旋涂的方式将纳米棒溶液涂覆在备好电 极的基片上，这样就构建成了基于z n o 纳米棒的场效应晶体管，这种器件显示 出一个大的开关比为3 1 0 5 ，迁移率为0 6 1c m 2 s 。y a n g 等人报道了利用z n o 纳米线构建而成的场效应晶体管，他们发现这种器件具有很高的迁移率为13 + 5 c m 2 v s ，开关比在1 0 5 1 07 范围内。 z n on a n o r o ds v d 翥 图1 6 基于z n o 纳米棒的场效应晶管的结构示意图 1 5 7 纳米传感器 5 0 4 2 1 近年来，基于纳米材料的纳米传感器受到了越来越多的关注。和传统的传感 器相比，纳米传感器具有较大的表面积和较好的传感性能。并且，纳米传感器在 器件的小型化、低能耗、低成本等方面拥有特别的优势。最近，中科院物理研究 所解思深院士研究小组，报道了一种基于z n o 纳米结构的多端纳米传感器件， 这种器件能够区分信号与噪音，具有很高的灵敏性。器件结构如图1 7 所示。他 们利用化学气相沉积( c v d ) 方法，成功制备出大量的z n o 四角结构。利用电子 束直写技术，在单分散的z n o 四角结构与衬底相接触的三个端点上沉积金属电 极，从而形成一种三端电性能器件。和以往基于纳米线纳米管的两端纳米器件 中山大学博士学位论文 相比，这种多端器件可以对一个外界信号同时测量出两个电压信号响应。这些电 压响应曲线之间可以相互比较，如果每个电压响应曲线都对信号做出了相应的响 应，那么可以判断这个信号是真的信号：反之，如果一个响应信号没有同时在两 个响应曲线上做出同步的反映，那么这个信号就可以判断为噪音，从而可以相当 准确地判断信号的真伪。显示出了多端器件在区分信号与噪音方面的优势。该项 研究成果于2 0 0 8 年1 月2 5 号发表在纳米快报上。 ( b ) 图1 7 基于z n o 纳米结构的多端纳米传感器的s e m 图片与结构示意图 1 5 本论文的主要工作及创新点 本论文的研究工作主要着眼于二维六角盘状z n o 纳米结构，三维多足状z n o 纳米结构以及z n o 等半导体量子点碳纳米管异质结构，系统地研究其制备，结 构及光电性能，并探索这些纳米结构在纳米光电器件领域潜在的应用价值。 主要创新点如下： ( 1 ) 采用热蒸发法，在绝缘硅衬底( s 0 1 ) 上首次生长出三维多足状z n o 纳米 结构，并在这种无序多足状z n o 纳米体系中观察到不寻常的发光现象：在5 0 1 2 0 k 温度范围内，z n o 的紫外发光强度随温度的增高而增强，这与在无序的多孔硅 中山大学博士学位论文 体系中发现的不寻常发光行为非常类似，这一反常的温度依赖现象与多足状纳米 z n o 中丰富的表面态有关。 ( 2 ) 采用热蒸发法，在绝缘硅衬底( s o t ) 上首次生长出垂直于衬底表面的超 薄的六角盘状z n o 纳米结构，并在超薄的六角盘状z n o 纳米结构中观测到紫外 激光发射现象。遥过对其激光机制的分析，发现受激辐射来自于六角纳米盘自身 构成的谐振腔，并且回音壁式( 掣矿g m ) 激光模式在六焦盘状谐振腔中占主要地位。 ( 3 ) 采用液相法将z n o 、p b s 量子点组装到碳纳米管的表面，成功地构筑了 新颖的一维异质结构，发现碳纳米管能有效猝灭量子点的发光，进一步分析表明 量子点和碳纳米管之间存在光诱导电荷转移。并且，在紫外光照射下，观察到 z n o 量子点碳纳米管异质结构强的可重复的光电流响应特性，表明这种异质结 构具有较强的电荷分离和传输能力。 1 7 中山大学博士学位论文 参考文献 【l 】1 张立德，牟季美纳米材料和纳米结构。科学出版社，2 0 0 1 【2 】2 o o z g i i r , y a i a l i v o v , c l i u ，a t e k e ，m a r e s h c h i k o v , s d o , a n ，va v r u t i n ， s j c h o ，a n dh m o r k 0 9 ，ac o m p r e h e n s i v er e v i e wo fz n om a t e r i a l sa n d d e v i c e s ，”j a p p l 。p h y s ，2 0 0 5 ，9 8 ：0 4 1 3 0 1 1 0 3 【3 】h + c a o ，j yx u , d 。z ，z h a n g ，s h 。c h a n g ，s 置h o ，a n de 碱s e e l i g ，辩s p a t i a l c o n f i n e m e n to fl a s e rl i g h ti na c t i v er a n d o mm e d i a , ”p h y s 。r e v l e t t 。，2 0 0 0 ，8 4 ： 5 5 8 4 5 5 8 7 【4 】m h h u a n g ，s m a o ，h f e i c k ，h y a n ，yw u ，h k i n d , e 。w e b e r ，r r u s s o ， a n dp d y a n g ，“r o o m t e m p e r a t u r eu l t r a v i o l e tn a n o w i r en a n o l a s e r s ，”s c i e n c e ， 2 0 0 1 ，2 9 2 ：1 8 9 7 1 8 9 9 【5 】a v a nd i j k e n ，e a m e u l e n k a m p ，d v a n m a e k e l b e r g h ，a n da m e i j e r i n k , “t h e k i n e t i c so ft h er a d i a t i v ea n dn o n r a d i a t i v ep r o c e s s e si nn a n o c r y s t a l l i n ez n o p a r t i c l e su p o np h o t o e x c i t a t i o n , ”j 。p h y s 。c h e m 。b ，2 0 0 0 ，10 4 ：17 15 17 2 3 6 】l g u o ，s y a n g ，a n dc y a n g ，”h i g h l ym o n o d i s p e r s e dp o l y m e r - c a p p e dz n o n a n o p a r t i c l e s ：p r e p a r a t i o na n do p t i c a lp r o p e r t i e s ，”a p p l p h y s l e t t ，2 0 0 0 ，7 6 ： 2 9 0 1 3 【7 】yl i ，qw m e n g ，l d z h a n g ，a n dep h i l l i p p ，”o r d e r e ds e m i c o n d u c t o rz n o n a n o w i r ea r r a y sa n dt h e i rp h o t o l u m i n e s c e n c ep r o p e r t i e s ，”a p p l 。p h y s l e t t ，2 0 0 0 ， 7 6 ：2 0 1 1 3 【8 】s 。m a h a m u n i ，k b o r g o h a i n ，b 。s 。b e n d r e ，v j 。l e p p e r t , a n ds h r i s b u d ， ”s p e c t r o s c o p i ca n ds t r u c t u r a lc h a r a c t e r i z a t i o no fe l e c t r o c h e m i c a l l yg r o w nz n o q u a n t u md o t s ，”j a p p l p h y s ，19 9 9 ，8 5 ：2 8 6 1 5 【9 】d c l o o k ，d c r e y n o l d s ，c w l i t t o n , r l j o n e s ，d b e a s o na n dg c a n t w e l l ，什c h a r a c t e r i z a t i o no fh o m o e p i t a x i a lp - t y p ez n og r o w nb ym o l e c u l a r b e a me p i t a x y , ”a p p l p h y s 。l e t t ，2 0 0 2 ，81 ：18 3 0 3 【lo 】yd i n g ，ex g a o ，a n dz 。毛w a n g ，”c a t a l y s t n a n o s t r u c t u r ei n t e r r a c i a ll a t i c e 1 8 巾出大学簿士擘健论文 m i s m a t c hi nd e t e r m i n i n gt h es h a p eo fv l sg r o w nn a n o w i r e sa n dn a n o b e l t s ：a c a s eo fs n z n o ，矬j 。a m 。c h e m 。s o c 。，2 0 0 4 ，12 6 ：2 0 6 6 2 0 7 2 。 【ll 】j 。qw e n ，j yl a o ，d 纛w a n g ，t m g y a w , yl f o o ，a n dz er e n , 辩s e l f - a s s e m b l yo fs e m i c o n d u c t i n go x i d en a n o w i r e s ，n a n o r o d s ，a n dn a n o r i b b o n s , ” c h e m ，p h y s + l e t t ，2 0 0 3 ，3 7 2 ：717 - 7 2 2 。 1 2 】s ，c l y u ，yz h a n g ，a n dc 。j l e e ，”l o w - t e m p e r a t u r eg r o w t ho fz n on a n o w i r e a r r a yb yas i m p l ep h y s i c a lv a p o r - d e p o s i t i o nm e t h