Si及树状Si/ZnO纳米线阵列的可控制备及光学性质研究

摘要

硅作为一种重要的半导体材料，在微电子器件以及太阳能电池中有着广泛的应用。近年来一维纳米材料成为人们的研究热点，其中一维硅纳米材料由于有着优越的光学性能、电学性能以及与硅微电子器件及工艺的兼容性，引起了极大的关注。相比一维纳米材料，树枝状的纳米材料有着更大的表面积，尤其是不同功能材料组成的异质结纳米线阵列有着更优良的性能。研究发现枝状Si/ZnO纳米线异质结阵列能增加光的吸收以及促进电荷分离，在太阳能转化和能量储存装置中有很大应用潜力。本文着手于Si及树状Si/ZnO纳米线阵列的可控制备及光学性质的研究，主要工作包括以下方面:
　　我们利用金属辅助化学刻蚀方法制备了硅纳米线阵列，研究了不同刻蚀参数对硅纳米线生长的影响。金属辅助化学刻蚀法主要分为一步生长法和两步生长法，经过对比发现一步生长法步骤最简单，而且制备速度较快，在后面的试验中，我们采用此方法制备硅纳米线。我们还研究了制备过程中各种参数对生长硅纳米线的影响。通过对比不同浓度比值的HF和AgNO3的刻蚀溶液，发现HF相对浓度越高，制备得到的硅纳米线越长，生长速率越快;通过对比不同刻蚀温度，发现温度越高，刻蚀速率越快，温度过高会影响硅纳米线的形状;通过对比硅纳米线的生长时间，发现相同条件下生长时间越长，硅纳米线越长。除此之外我们还研究了硅纳米线的光学性质，提出了可能的发光机制。
　　利用水热法制备了枝状异质结Si/ZnO纳米线阵列结构，研究了不同实验参数对制备结果的影响，主要包括:籽晶层、硅基片放置方式、硅纳米线长度以及水热法生长时间等的影响。研究发现，在衬底上沉积一层ZnO籽晶层有利于ZnO纳米线的生长;硅基片在溶液中的放置方式也很重要，衬底垂直液面放置和正面朝下放置均能成功制备ZnO纳米线，而正面朝上放置则只能得到包覆的ZnO膜;在其它条件不改变的情况下，发现硅纳米线越长，枝状ZnO纳米线直径越小，长度越短;水热法生长时间越长，ZnO纳米线的尺寸越大;通过研究Si/ZnO纳米线阵列的光学特性发现，荧光光谱中观察到了ZnO的带边发射以及缺陷发光。漫反射光谱表明，具有分层结构的Si/ZnO纳米线阵列有助于减少光的反射，漫反射率和材料结构有很大关系。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 硅纳米线的制备方法

1．2．1 激光烧蚀法

1．2．2 化学气相沉积(CVD)法

1．2．3 模板法

1．2．4 金属辅助化学刻蚀法

1．3 硅纳米线的性能和应用

1．4 氧化锌纳米线的制备

1．4．1 热蒸发法

1．4．2 磁控溅射法

1．4．3 水热法

1．5 氧化锌纳米线的性能及应用

1．6 三维枝状异质结纳米线阵列的研究

1．7 论文框架

参考文献

第二章 纳米线表征方法和原理简介

2．1 扫描电子显微镜

2．2 X射线衍射仪

2．3 光致发光谱

2．4 漫反射谱

参考文献

第三章 硅纳米线的可控制备和表征

3．1 引言

3．2 实验条件

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 清洗硅片

3．3 不同制备方法对Si纳米线生长的影响

3．3．1 制备方法

3．3．2 表征

3．4 生长温度对硅纳米线阵列的影响

3．5 生长液浓度对硅纳米线阵列的影响

3．6 生长时间对硅纳米线阵列的影响

3．7 总结

参考文献

第四章 树状Si／ZnO异质结纳米线阵列的制备和表征

4．1 引言

4．2 实验条件

4．2．1 实验试剂和仪器

4．2．2 制备过程

4．3 树状Si／ZnO异质结纳米线阵列的可控制备和表征

4．3．1 衬底的放置方式和籽晶层对制备Si／ZnO异质结纳米线阵列的影响

4．3．2 硅纳米线长度对制备Si／ZnO异质结纳米线阵列的影响

4．3．3 水热法生长时间对制备Si／ZnO异质结纳米线阵列的影响

4．4 总结

参考文献

第五章 总结与展望

硕士期间发表论文

致谢