ZnO、InN納米材料的制備及單根ZnO納米線太赫茲探測器的研究.pdf

1、太赫茲光子能量(0.41-41.4meV)與材料分子的低頻率振動以及轉動能量相匹配，太赫茲波技術為物質的表征和操控提供了廣闊的空間。
　　本論文分別從納米線材料的制備與表征、單根ZnO納米線場效應晶體管的制備及光電性能表征和場效應晶體管對太赫茲波的響應等三方面做了研究，具體內容如下：
　　（1）介紹 ZnO、InN納米材料的晶體結構和基本性能，常見的制備方法，歸納和總結了國內納米材料在微納半導體器件的應用情況；
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2、2）用化學氣相沉積法制備了納米柱、納米線、納米梳、倒三腳架形納米結構、納米陣列和未見報道的刺猬狀納米結構等六種 ZnO納米材料。采用SEM、XRD、Raman和TEM等分析測試手段對其形貌和結構進行了表征，用PL譜研究了其光學特性。結果表明， ZnO納米柱和刺猬狀徑向生長的納米線是六方鉛鋅礦單晶結構，生長方向為[001]，(002)原子面晶格間距為0.25nm；在380nm處有由禁帶附近自由激子的復合產生的紫外光發(fā)射峰，在500nm處基

3、本沒有由氧空位和其它缺陷帶來的綠光發(fā)射峰。此外，重點研究了刺猬狀 ZnO納米結構，通過用 SEM觀察其在同一生長條件不同生長階段的形貌，并提出三階段生長機理；刺猬狀 ZnO納米結構核心位置的PL強度是徑向生長納米線中間位置的2倍，是外邊緣位置的14倍；用 FDTD軟件模擬刺猬狀ZnO納米結構的光捕獲能力，進一步表明其中心的發(fā)光強度至少是外部邊緣部分的5倍以上。
　　（3）在大小為1.5cm2、厚度為400μm的 P型Si的上表面覆

4、蓋一層厚為300nm的 SiO2絕緣層的襯底上制備了單根 ZnO納米線場效應晶體管。用FESEM觀察了器件的形貌，并用PL譜和半導體參數分析儀研究了其光電學性能。結果表明，目標 ZnO納米線在380nm處有由禁帶附近自由激子的復合產生的紫外光發(fā)射峰，在500nm處基本沒有因為氧空位和其它缺陷帶來的綠光發(fā)射峰；器件載流子濃度達8.1×1017m?3，遷移率為220cm2/VS，表現出優(yōu)異的光電學性能。
　?。?）首次將單根 ZnO納

5、米線場效應晶體管應用于等離子波太赫茲探測。結果表明，室溫下，在0.3THz波激射能量800μW的情況下，器件的最大響應值達34 mV/W；從理論上解釋了0.3THz最大響應值在FET器件的閥值電壓出現的實驗現象；探討了 THz器件的探測機理；通過計算得出最大響應值34 mV/W時的標準偏差為0.24，驗證了器件的精確性；同時驗證了器件的耐用性；通過對比不同遷移率的單根ZnO納米線場效應晶體管在相同情況下的THz響應值，得出材料的結晶性越

6、好，晶體管器件的載流子遷移率越高，太赫茲探測響應值就越高的結論。
　?。?）在60nm膠體金的催化下用化學氣相沉積法制備了InN納米線，和未見文獻報道的納米鏈以及納米葉 InN納米材料。采用 SEM、XRD、EDS和TEM等分析測試手段對其形貌、成分和結構進行了表征。PL譜研究了其光學特性，在0.73eV處有由InN禁帶邊緣的紅外激射導致的激發(fā)峰。此外，重點研究了InN納米鏈結構，根據 Wulff晶體堆積規(guī)則以及 BFDH晶面生長