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Si及Si/ZnO纳米线阵列的制备与光学性能的研究

作　者: 刘超
导　师: 何海平
学　校: 浙江大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 硅纳米线阵列 光学性能 表面等离子激元增强
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


硅材料作为一种神奇的材料,在微电子器件中得到广泛的应用,极大地推动了信息技术的迅速发展。随着硅电子器件有源区的特征尺寸缩小到纳米量级,人们对于研究硅纳米材料产生了极大的兴趣。其中一维硅纳米材料,由于具有优良的电学性能、光学性能以及与硅微电子工艺的兼容性,得到了极大的重视。另外,多孔硅具有室温光致发光特点的发现,引起了研究人员对于硅纳米材料发光机理以及硅基光电器件的研究兴趣。本文在此基础上研究如何大规模,低成本制备硅纳米线阵列,并研究其光学性质。通过调控制备条件,获得了发光与否可控的硅纳米线阵列。研究了其发光机理,通过将其发光与局域等离子共振相结合,获得了硅纳米线阵列的发光增强。另外,我们利用不同方法制备得到了氧化锌纳米棒阵列以及纳米线,通过将氧化锌与硅纳米线阵列相结合,我们获得了Si/ZnO核壳结构。主要工作如下：1.采用金属辅助化学腐蚀的方法,通过改变反应衬底、反应溶液浓度以及反应时间等,获得了制备硅纳米线阵列的最佳反应参数。并可通过改变反应条件制备多孔硅纳米线阵列。2.通过透射电镜、扫描电镜以及荧光光谱等测试,分析硅纳米线发光的原因。并对其发光机理做了进一步分析,提出发光机理的模型。3.利用还原柠檬酸钠的方法制备金纳米颗粒,并将其局域等离子共振特性与硅纳米线的发光结合起来,使得硅纳米线阵列的发光增强达10倍。4.分别利用水热法及气相沉积法制备得到氧化锌纳米棒阵列以及纳米线。在低温下,两种样品的荧光光谱在3.34 eV附近均有一宽包。通过结合变激发强度荧光光谱以及表面钝化等分析,我们确定了其发光来源于自由电子到中性受主的复合。另外,我们利用MOCVD法在硅纳米阵列上包覆了氧化锌壳层,获得了Si/ZnO核壳结构纳米线阵列。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-30
  1.1 引言  10-11
  1.2 硅纳米线的制备方法  11-19
    1.2.1 自下而上的生长方法(Bottom Up)  12-17
    1.2.2 自上而下的生长方法(Top-Down)  17-19
  1.3 硅纳米线的应用  19-25
    1.3.1 纳米电子学方面  19-21
    1.3.2 光伏应用方面  21-24
    1.3.3 纳米探测器  24-25
  1.4 多孔硅(PS)  25-27
  1.5 表面等离子体  27-28
  1.6 ZnO纳米材料光致发光性能  28-29
  1.7 本章小结  29-30
第二章 实验原理与实验过程  30-37
  2.1 实验研究概述  30
  2.2 实验试剂与设备  30-31
    2.2.1 实验试剂  30-31
    2.2.2 实验反应设备  31
    2.2.3 分析测试设备  31
  2.3 实验过程  31-33
    2.3.1 硅纳米线阵列的制备  31-33
    2.3.2 金纳米颗粒的制备  33
  2.4 材料表征手段  33-37
    2.4.1 低温变温全波段荧光光谱仪  33-34
    2.4.2 扫描电子显微镜  34-35
    2.4.3 透射电子显微镜  35
    2.4.4 紫外-可见分光光度计  35-37
第三章 硅纳米线阵列的制备  37-53
  3.1 金属辅助化学腐蚀方法的原理  37-41
  3.2 第一步反应中不同反应时间及衬底对其表面的影响  41-44
    3.2.1 同一型号衬底不同反应时间对刻蚀的影响  41-44
    3.2.2 不同衬底相同反应时间对刻蚀的影响  44
  3.3 第二步反应中不同反应条件对其形貌的影响  44-52
    3.3.1 同种衬底不同反应条件对其形貌的影响  44-51
    3.3.2 不同衬底相同反应条件对其形貌的影响  51-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章 硅纳米线阵列的光学性能  53-63
  4.1 不同衬底对于硅纳米线阵列的光学性能的影响  53-57
  4.2 硅纳米线发光机理的研究  57-62
  4.3 本章小结  62-63
第五章 多孔硅纳米线表面等离子增强发光  63-70
  5.1 金纳米颗粒的制备以及表征  63-66
    5.1.1 金纳米颗粒的制备  63
    5.1.2 金纳米颗粒的表征  63-66
  5.2 利用局域等离子共振增强硅纳米线的发光  66-69
    5.2.1 实验过程  66-67
    5.2.2 实验结果及讨论  67-69
  5.3 本章小结  69-70
第六章 Si/ZnO核壳结构纳米线阵列  70-80
  6.1 ZnO纳米结构材料的制备  70-72
    6.1.1 水热法生长ZnO纳米结构材料  70-71
    6.1.2 气相沉积法制备ZnO纳米结构材料  71-72
    6.1.3 ALD法包覆Al_2O_3  72
  6.2 ZnO纳米结构材料的光致发光特性的研究  72-77
  6.3 Si/ZnO核壳结构纳米线阵列的制备  77-80
第七章 结论  80-82
参考文献  82-96
致谢  96-98
个人简历  98-100
攻读硕士期间发表的学术论文与取得的其他研究成果  100

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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