导读:本文包含了硅纳米孔柱阵列论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译,主要关键词:纳米,阵列,氮化,石墨,结构,探测器,异质。
硅纳米孔柱阵列论文文献综述
王志权[1](2019)在《MaCE法磁电耦合作用下制备单晶硅纳米孔阵列的研究》一文中研究指出单晶硅纳米结构在21世纪逐渐成为科研人员的研究热点。其在太阳能电池、电化学储能、光学传输系统、光电探测器等高新技术产业具有广泛且急迫的应用。单晶硅与纳米技术结合,使其表现出表面效应,量子限域效应、热稳定性等特殊物理特性,大大增加了单晶硅纳米结构在众多领域的研究价值与研究人员的研究热情。其中,金属辅助化学刻蚀法(MaCE)由于具有工艺简单、成本低、效率高、便于过程控制等优点逐步成为了纳米结构制备的主流工艺。金属辅助化学刻蚀法制备单晶硅纳米孔阵列是Si-H2O2-贵金属(Ag、Au、Pd)等构成的原电池反应体系。化学体系中各项因素(贵金属尺寸与类型、刻蚀剂溶液配比、单晶硅特性、温度与光照)等都会对纳米结构形貌产生影响,这也使该方法制备的硅纳米孔阵列结构存在质量差、可重复性低等特点。因此,本论文提出磁电耦合制备单晶硅纳米孔阵列,在MaCE法的基础上,结合外加磁电耦合物理场,突破化学反应体系局限性,为制备单晶硅纳米孔阵列提供了一种新思路,并取得了一定的成果。本文主要研究内容如下:(1)从单晶硅纳米孔阵列的应用及制备方法两方面介绍了该研究课题的背景与意义,并分析总结了国内外研究现状。(2)详细地叙述分析了 MaCE反应机理,从质量传递方式、电荷转移过程、空穴转移过程进行了详细分析。并详细叙述了 MaCE调控机理,重点在纳米结构刻蚀方向、刻蚀速率、结构质量等方面进行了叙述。(3)结合ANSYS分析了磁电耦合稳定性,证明了实验范围内电生磁、磁生电不会产生涡流,耦合场稳定,不会对实验产生干扰。并且为了实验可重复性,设计了实验平台、实验步骤及实验规范。(4)通过本论文所述方法成功制备了形貌结构优异的单晶硅纳米孔阵列。并根据不同实验结果,探究不同因素对单晶硅纳米孔阵列制备的影响。详细分析了磁电耦合场对金属催化剂方向、刻蚀速率的影响。还分析了在磁电场效应下刻蚀时间和催化剂横向尺寸对刻蚀深度的影响及分析了影响单晶硅纳米孔阵列孔隙率的因素。并通过不同温度下对刻蚀过程施加不同的电流密度,生成金属辅助化学刻蚀法过程速率的阿伦尼乌斯(Arrhenius)图,计算出不同电流密度下的活化能。同时,在磁电场效应制备叁维维纳结构的实验中,我们发现可以通过改变磁电耦合力的方向控制金属催化剂的运动来实现多维度复杂的硅纳米结构形貌,为复杂叁维微纳结构的制备提供了一种可行性方案。(本文来源于《杭州电子科技大学》期刊2019-03-16)
唐召军[2](2018)在《石墨烯/硅纳米孔柱阵列的制备与光电特性》一文中研究指出石墨烯是由sp~2杂化单层碳原子组成的二维蜂窝状结构,具有大的比表面积、高的透光率、电子迁移率、激子束缚能和热稳定性,这使得石墨烯(graphene)在透明电极、场效应晶体管、光伏器件、气敏传感器等方面有巨大的应用潜力。但本征石墨烯具有零带隙特性,不产生荧光,这极大的限制了它在光电器件中的应用,打开石墨烯的带隙是其在半导体光电子器件领域应用的前提。石墨烯的光学性质由其对称性决定,可以通过引入无序结构来改变,途径之一就是通过调控sp~2区域的尺寸来调控发光的波长。超大规模集成电路都是以Si材料作为基础,而且下一代信息技术的一个重要发展方向就是硅基光子学,但作为间接带隙半导体,Si发光效率较低,需要将光子器件或电子器件集成在Si芯片上,实现光电集成,缩短光电互联的长度,提高信息处理速度。构筑graphene/Si器件,不仅可以实现硅掺杂石墨烯提高石墨烯的激子结合能,增强石墨烯室温激子发光,还可以直接将器件集成到Si芯片上。但石墨烯与Si集成时存在晶格失配和热失配,采用纳米技术可以很好解决这个问题。本论文在Si纳米孔柱阵列(Si nanoporous pillar array,Si-NPA)上用化学气相沉积法(chemical vapor deposition,CVD)成功原位制备了石墨烯,实现了与Si-NPA的异质接触,得到一种新型的graphene/Si-NPA纳米异质结构,该结构在室温下展现出较强的激子发光特性、稳定良好的场发射性能、和较弱的光电导性能。本论文主要进行了以下研究工作:(1)采用两种不同的方法制备graphene/Si-NPA异质结:1、以Ni为催化剂,CVD法在Si-NPA上直接沉积生成石墨烯;2、采用氧化还原法制备石墨烯,然后旋涂在Si-NPA上形成异质结。先采用化学水浴法制备Ni催化剂,研究了不同前驱体、生长时间、溶液PH值对催化剂覆盖度、颗粒均匀度的影响,确定了Ni(CH_3COO)_2·4H_2O为前驱体、生长时间15 min、PH值为8是得到Ni纳米晶催化剂的最佳制备条件。然后采用CVD方法在Ni/Si-NPA上生长石墨烯,通过控制碳沉积时间来调节石墨烯的层数,在此选用5 min、10 min沉积时间,制备出厚度分别为3和8个碳原子层的石墨烯。此外,我们通过氧化还原法成功制备了分散均匀,尺寸为5~7 nm的石墨烯,并将其旋涂在Si-NPA上,形成graphene/Si-NPA纳米异质结构。(2)Graphene/Si-NPA纳米异质结的结构、组成、及室温激子发射特性。利用XRD、FESEM、TEM、HRTEM、Raman等表征了CVD法制备的graphene/Si-NPA的形貌、结构及组成,确定制备的石墨烯尺寸为~17 nm,具有良好的结晶度和分散性。光吸收谱表明石墨烯具有3.3 eV的吸收带边。在光激发下,石墨烯在紫外和可见光区域(2.06-3.6 eV)出现一系列连续分立的激子发射峰。此外,声子谱伴随激子峰也在室温下长期稳定存在。石墨烯的低温光致发光谱表明激子发光来源于自由激子、束缚激子的复合发光和缺陷态发光。通过分析石墨烯的载流子传输特性,基于能带理论构建了石墨烯的激子发光物理模型。我们认为石墨烯发光的机理除了激子能带间的跃迁外,Si原子的掺杂、催化剂Ni纳米晶的等离子增强等因素,对石墨烯的室温激子发光都起到了重要的作用,该研究结果对增强石墨烯的室温激子发光具有重要的参考价值。为了更好地揭示这一现象,我们测试了graphene/Si-NPA复合体系的量子产率为3.09%,平均荧光寿命为1.08 ns。通过对387 nm、473 nm处发光峰的寿命测试,确定了387 nm的发光是由自由激子到σ能带跃迁造成的,而473 nm处的发光是由两种机理构成:束缚激子复合和石墨烯的边沿缺陷态发光。为了对比,测试了旋涂法制备的graphene/Si-NPA异质结的激发光谱和光致发光谱。结果表明,该方法中Si原子与石墨烯接触不够紧密,相互之间没有电子和能量交换,在紫外光激发下复合体系没有出现石墨烯的激子发光,异质结的光谱只是两种材料发光的简单迭加。另外实验观察到Si-NPA的发光强度变强,可能是石墨烯作为Si-NPA的光学窗口,在反射折射的过程中增加了Si-NPA的光吸收。(3)Graphene/Si-NPA和石墨纳米结构(nano-graphite)/Si-NPA的可见光探测特性。激子运动过程传播动量和能量,但不传播电荷,运动过程中不产生光电导。根据此理论,graphene/SiNPA体系激子发光较强,不会产生光电导现象或光电导较弱。为了验证此理论,我们采用Ag丝做电极,采用同面电极法分别制成1.0×1.0 cm的Si-NPA、Ni/Si-NPA及graphene/SiNPA光电导探测器。结果表明,Ag电极与Si-NPA、Ni/Si-NPA、graphene/Si-NPA都形成了欧姆接触。与基底Si-NPA和Ni/Si-NPA相比,graphene/Si-NPA具有较低的面电阻率和较高的光电导响应度,但光生电流较弱在毫安甚至微安数量级。在后续实验中我们将通过增加碳的沉积时间得到较厚的石墨层,降低石墨烯的激子结合能,进而降低激子光吸收,增强光电流。将碳膜生长时间延长为15 min后,在Si-NPA上生成一层石墨纳米结构(graphite nanostructure,nano-graphite),它主要由石墨纳米颗粒和纳米线组成,而纳米颗粒和纳米线又是由更小的石墨晶体聚集而成。光学和电学测量表明nano-graphite/Si-NPA与graphene/Si-NPA相比,具有更强的宽光谱吸收(11.79-15.9%)、更高的电流开关比(75)和光电响应度(~0.16 AW~(-1)),并且具有超低的工作电压。研究结果表明nano-graphite/Si-NPA较高的电流开关比和响应度主要由厚且致密的石墨纳米膜的强光吸收、低的激子吸收发射和低的方块电阻等因素形成的。(4)Graphene/Si-NPA的场发射特性所制备Graphene/Si-NPA复合体系因存在多界面而形成了高的载流子的浓度(5.45×10~(24) cm~(-3))和低的面电阻率~2.5?10~(-8)Ωcm,提供大量小尺寸的石墨烯(平均尺寸11.1 nm),具有大量能发射电子的边缘点,而且基底微米量级的硅柱阵列不仅能增加石墨烯的生长面积,还可以减小场发射电子的静电屏蔽,所以极具场发射应用价值。将CVD法制备的graphene/Si-NPA复合结构作为冷阴极材料,采用二极管测试模型,在高真空下研究其场发射性质。器件的载流子浓度和面电阻率利用霍尔效应获得,测试时使用范德堡循环测试法降低副作用。结果表明:5 min石墨烯生长时间的graphene/Si-NPA场发射F-N曲线呈现线性变化,是典型的量子隧穿效应形成的冷阴极电子发射。其开启场强为2.85 V/μm,在4.2 V/μm的电场下可以获得~53.9μA/cm~2的发射电流密度。根据Fowler-Nordheim理论,计算出场增强因子为~2700。在低工作电压下,graphene/Si-NPA也显示出比垂直基底生长的石墨烯更高的场发射稳定性。实验结果表明,graphene/Si-NPA的开启场强与石墨烯的生长时间有关,10min石墨烯生长时间的graphene/Si-NPA开启场强增长至8.5 V/μm,在高低电场范围内,场发射F-N曲线呈现双斜率现象。这是由高低电场范围内电子发射位置不同造成的。在低电场下,石墨烯的电子隧穿石墨烯和真空势垒形成隧穿电子;在高场强下,Ni纳米晶中的电子隧穿Ni和石墨烯及石墨烯和真空间的势垒形成发射电子。实验结果表明5 min石墨烯生长时间的graphene/Si-NPA更适合做冷阴极材料。(本文来源于《郑州大学》期刊2018-11-01)
吉慧芳[3](2018)在《氮化镓/硅纳米孔柱阵列结构的制备及其光/气体探测性能研究》一文中研究指出半导体技术的不断发展引领了人们的信息化进程,以III-V族GaN材料为代表的第叁代半导体因其优异的光电特性催生了人们的研究热潮,并在大功率、高温、高频、高速和光电集成等方面已展现出应用优势。因此,进一步研究和发展GaN材料在电子、光电子等领域的应用被认为是占领光电信息领域的战略制高点,也是第叁代半导体材料与器件研究的关键。传统GaN基电学器件的制备均是基于绝缘的Al_2O_3衬底,相比之下,Si基GaN电学器件在实现器件集成方面更具优势。然而,Si与GaN材料之间较大的晶格失配和热失配严重限制了器件性能的提升。硅纳米孔柱阵列(Silicon Nanoporous Pillar Array,Si-NPA)是一种具有特殊形貌结构的多孔硅,在微/纳米尺度上具有叁重层次的结构特征,其特殊的形貌结构及物理化学特性使得其成为制备硅基功能性纳米复合体系的理想衬底。本文中,我们以Si-NPA为功能性衬底,采用化学气相沉积技术(CVD)制备GaN/Si-NPA纳米异质结构,系统调查了生长参数对GaN/Si-NPA形貌、结构和光学特征的影响,研究了GaN/Si-NPA结构的气体传感特性,并进一步通过构建光电导型探测器和光伏型探测器,探索了GaN/Si-NPA结构对紫外光的探测能力。主要研究成果如下:1、系统研究了生长工艺参数对GaN/Si-NPA异质结构光学、形貌和结晶特性的影响:GaN的生长符合气-液-固生长机制,在金属Ga的饱和蒸气压不高的情况下,金属Pt能够实现Ga源的富集,进而通过与N源的反应逐渐成核长大;实验发现,生长温度改变(850℃、900℃、950℃)对GaN/Si-NPA结构的发光特征影响很小,光致荧光(PL)谱以蓝光和红光发射为主;相比之下,反应压强对GaN/Si-NPA结构的影响更大,在500 Pa时样品出现了一个较强的紫外发光峰,对应于GaN材料的本征近带边发光;氨气流量同样对GaN/Si-NPA结构的光学特性影响很大,在不同流量(5、10、15 sccm)下均出现了位于380 nm的近紫外峰、430 nm处的蓝光峰以及630 nm处的红光峰,但氨气流量对每个峰位的强度影响很大,可以明显看出红光峰的强度随着氨气流量的增加而增加。除此之外,我们还系统分析了生长工艺参数对样品形貌和结晶特性的影响,并对其规律性进行了细致分析。最终,我们通过变温的PL测试对GaN/Si-NPA的光学特性进行系统调查,分析了带边发光和深能级发光随测试温度的依赖关系。对于低温环境下出现的位于390 nm附近的肩峰,我们将其归结为两种不同类型的施主束缚激子发光,并拟合分析了其在热猝灭过程中的活化能;针对带边发光随温度的强度变化关系,我们拟合出了GaN材料的激子束缚能,其值约为27.9±0.2 meV。2、利用CVD生长的GaN/Si-NPA纳米异质结构,我们成功制备出一种电阻型的气敏传感器原型器件。由于该纳米异质结构具有非常大的比表面积以及较高的表面活性态,对常规气体均有响应。通过在相同条件下的对比性实验,我们发现该传感器对甲醇的响应能力最佳,这可能是由于甲醇气体相对分子质量较小的缘故。实验发现,该传感器对甲醇气体的探测性能在350℃时达到最佳,对于5 ppm浓度的目标气体,响应度值为1.22,对于500 ppm浓度的目标气体,响应度值为2.50,并且具有较短的响应/恢复时间(8 s/7 s),远远优于采用氧化物半导体所制备的甲醇气敏传感器。通过对比分析GaN/Si-NPA、Pt/Si-NPA和Si-NPA叁种结构对甲醇气体的响应特性,我们证实器件对甲醇气体的响应能力来源于GaN/Si-NPA纳米异质结构。此外,对于不同浓度甲醇的循环测试表明,该气敏传感器具有较好的测试重复性和时间稳定性。最后,我们通过分析GaN/Si-NPA异质结在不同环境下的能带图对所制备器件的气敏传感机理进行了合理的解释,具体包含异质结的平衡态、氧吸附过程、甲醇吸附和反应过程以及甲醇脱附过程。3、基于所制备的GaN/Si-NPA结构,我们构建了基于GaN材料的光电导型探测器和光伏型探测器,探索了两种器件对紫外光的响应能力。对于所制备的光电导型探测器,实验中我们以325 nm紫外光作为激发源,在入射功率为0.01mW时,器件的光响应度达到了10.2 mA/W,比探测率为1.3×10~9 Jones。通过对该探测器进行不同电压下的周期性响应实验,器件并未出现持续光电导的现象,而且在循环测试过程中表现出良好的可重复性,典型的响应速度为112 ms(上升时间)和75 ms(下降时间)。通过构建ITO/GaN/Si-NPA/Ag异质结构,自供电的光电探测器得以实现,在0 V偏压下该探测器的开关比为532,这得益于异质结构界面处内建电场的存在及其对光生载流子的有效分离能力。以325 nm紫外光作为激发源,在0.01 mW的入射光功率下,器件的光响应度达到了90.2mA/W,比探测率为2.9×10~9 Jones,典型的响应速度为32 ms(上升时间)和26ms(下降时间)。由于GaN材料本身的热稳定性以及Si材料良好的热导性,所制备的异质结探测器具有良好的工作稳定性,可在空气环境下连续工作10小时,光电流无明显衰减。在高温环境(100℃)下,该探测器的光电流随工作时间有减弱趋势,连续工作10小时后,光电流衰减约为17%,展现出作为稳定光响应器的应用优势。对于高温环境下器件光电流衰减的原因,我们也进行了合理解释。上述成果为新型深紫外光探测器的制备提供了新的方案。(本文来源于《郑州大学》期刊2018-10-01)
张晓丽,刁润丽,李勇[4](2018)在《基于硅纳米孔柱阵列的Zn掺杂CdS纳米晶光学特性研究》一文中研究指出利用化学水浴法在硅纳米孔柱陈列(Si-NPA)上沉积了硫化镉(CdS)纳米晶,制得硫化镉/硅纳米孔柱阵列(CdS/Si-NPA)纳米异质结,并对非掺杂和锌(Zn)掺杂CdS/Si-NPA进行表征。研究结果表明:CdS/Si-NPA的结构保持了Si-NPA的规则阵列结构,通过加入一定量的氯化锌,实现了Zn对CdS的掺杂,Zn掺杂后的CdS晶粒大小由约18.1nm减小为约17.6nm,Zn的掺入导致了CdS/Si-NPA的光学带隙由约2.45eV增大到约2.49eV,Zn的掺杂能有效调控CdS带隙。(本文来源于《化工新型材料》期刊2018年02期)
陈雪霞,肖旭华,杜蕊,李新建[5](2018)在《氮化镓/硅纳米孔柱阵列紫外光电探测性能》一文中研究指出紫外光电探测器的研究与开发在工农业生产、环境监测与保护以及国防工业等领域均具有重要的现实意义.本文以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,采用化学气相沉积(CVD)法并通过改变GaN沉积时间,制备了3种GaN/Si-NPA纳米异质结构阵列,并对其表面形貌、化学组成和光致发光特性进行了表征.在此基础上,通过上、下电极制作,制备了结构为ITO/GaN/Si-NPA/sc-Si/Ag的光电探测器原型器件,并对其光电探测性能进行了测量.结果表明,在不施加偏压的情况下,采用优化条件制备的ITO/GaN/Si-NPA/sc-Si/Ag器件能够实现对紫外光的有效探测.器件对340nm单色紫外光的响应度达到~0.15mA/W,光响应和恢复时间分别为~0.12和~0.24s.实验结果对研制新型硅基GaN紫外光电探测器具有很好的借鉴意义.(本文来源于《科学通报》期刊2018年02期)
冯明海[6](2017)在《Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体/硅纳米孔柱阵列的湿敏性能研究》一文中研究指出诸多研究表明,湿敏传感器的性能表现一方面和传感器材料的结构有关,另一方面和敏感材料本身的湿敏特性有关。具有较大比表面积的传感器一般具有较大的湿敏响应度,所以人们越来越多的制作或采用比表面积较大的材料作为载体,用来复合(装载/掺杂)具有较好湿敏性能的敏感材料来制作高性能湿敏传感器,或者直接用湿敏性能较好的材料制作比表面积较大的湿敏传感器。硅纳米孔柱阵列(Si-NPA),由微米级的多孔硅柱阵列和支撑硅柱的多孔层组成,具有多层次的微观结构,所以具有较大比表面积。由硅柱和多孔层构成的沟道网络有助于水分子输运,已经被证明比较适合作为湿敏传感器,或者湿敏传感器的基底。作为Ⅱ-Ⅵ族成员之一的氧化锌(ZnO)纳米材料,性能稳定,且具备众多的微观形貌,可以用来构造形貌丰富且具有较大比表面积的湿敏传感器。硫化镉(CdS)也是Ⅱ-Ⅵ族成员之一,具有较强的亲水性能,有研究表明是一种较有前景的湿敏材料。为了能够得到具有较大响应度和较好响应恢复性能的湿敏传感器,本文选择用Si-NPA作为基底,以两种Ⅱ-Ⅵ族半导体材料作为湿敏材料,用ZnO纳米材料来增加比表面积,同时作为湿敏材料,然后在ZnO纳米材料表面生长CdS纳米材料,一方面进一步增大比表面积,另一方面利用它的湿敏性能,构建了一种“芝麻糖”束构成的阵列结构(CdS/ZnO/Si-NPA)。测试后发现,该湿敏传感器具有极大的电容响应度和较快的响应恢复速度。另外,为了进一步研究其湿敏机理,分别单独在Si-NPA上生长了 CdS和ZnO,并用氯化锂(LiCl)来改善CdS/Si-NPA和ZnO/Si-NPA的湿敏性能,发现少量LiCl的加入就可以对其性能产生明显的改善。具体研究工作如下:1、“芝麻糖”束阵列结构——CdS/ZnO/Si-NPA湿敏传感器首先用CVD法在Si-NPA上生长一种ZnO纳米棒束的阵列结构,这能够使传感器的比表面积得到增大,同时ZnO也是一种湿敏材料,从而能从两方面提升传感器的性能。用SILAR法在ZnO纳米棒上生长CdS纳米粒子,形成了一种“芝麻糖”束的阵列结构,ZnO纳米棒作为棒状“糖”,CdS纳米粒子作为“芝麻”,一方面使得传感器的比表面积增大,另一方面CdS是一种具有较大亲水性的物质,对水分子的吸附能力较大,能够使得湿敏性能进一步增强。经过湿敏测试,发现在20 Hz时,CdS/ZnO/Si-NPA的电容响应度达到了201530%;在1-95%RH之间具有较短的静态响应恢复时间,分别为110 s和32 s;其湿滞较小,为75%RH处的2.67%。分析认为,CdS/ZnO/Si-NPA对湿度高敏感的特性应该归因于此材料具有非常大的比表面积和材料较好的感湿性能;较短的响应恢复时间和较小的湿滞则归因于Si-NPA的沟道网络结构,以及CdS和ZnO的协同作用。因此,CdS/ZnO/Si-NPA可以作为一种具有高性能湿敏传感器的材料体系,为高性能的湿敏传感器制作提供了一种思路,对后续工作开展提供了参考价值。2、CdS/Si-NPA的感湿特性以及LiCl对其复合改性的研究为了进一步揭示CdS/ZnO/Si-NPA的感湿性能与机理,用SILAR法在Si-NPA上生长零维的CdS纳米粒子并制作CdS/Si-NPA湿敏传感器。实验结果发现,CdS/Si-NPA具有较大的电容响应度,但比CdS/ZnO/Si-NPA湿敏传感器的小得多,分析认为CdS/ZnO/Si-NPA湿敏传感器具有“芝麻糖”状的阵列结构,相比CdS/Si-NPA湿敏传感器的“火山口”状阵列,CdS/ZnO/Si-NPA具有更大的比表面积,所以CdS/ZnO/Si-NPA具备更大的湿敏响应度。另外,CdS/Si-NPA的响应时间相对较长,所以CdS可能是导致CdS/ZnO/Si-NPA湿敏传感器响应恢复性能不佳的原因。CdS/Si-NPA在高湿环境中的响应恢复时间较长,湿滞较大,重复性较差等问题都比较明显。综上初步分析得出,CdS/ZnO/Si-NPA传感器的巨大响应度,很大一方面来自CdS的亲水性,另一方面来自CdS/ZnO/Si-NPA材料自身巨大的比表面积;CdS/ZnO/Si-NPA的响应速度不快的原因,初步分析是由于CdS纳米粒子的响应速度较慢所致。为了提高CdS/Si-NPA湿敏传感器的湿敏性能,考虑复合LiCl来进行改善。从响应特性上看,复合LiCl后,湿敏传感器的响应恢复时间得到了较大的缩减。湿滞测试、重复性测试和稳定性测试的结果显示LiCl:CdS/Si-NPA在中低湿下表现出非常小的湿滞(1.36%,在11%RH),并具备优秀的重复性能(在3个回合中保持基本不变),在长达7 h的稳定性测试中,表现优秀,说明LiCl:CdS/Si-NPA湿敏传感器在11-54%RH范围内具有很好的湿敏性能。3、ZnO/Si-NPA的感湿特性及LiCl对其复合改性的研究为了搞清CdS/ZnO/Si-NPA湿敏传感器中,ZnO纳米棒对传感器湿敏性能的影响,用CVD法在Si-NPA上生长ZnO纳米棒,并最终制作了 ZnO/Si-NPA湿敏传感器。对ZnO/Si-NPA的湿敏性能进行系统的测试后,发现ZnO/Si-NPA湿敏传感器拥有较快的响应速度,并且其湿度检测范围也比CdS/Si-NPA的宽,达到了 11-75%RH,分析认为CdS/ZnO/Si-NPA较宽的湿度检测范围可能很大程度上归因于ZnO/Si-NPA的湿敏性能;就响应恢复速度而言,ZnO/Si-NPA的比CdS/ZnO/Si-NPA 的快,而 CdS/ZnO/Si-NPA 的又比 CdS/Si-NPA 的快,所以CdS/ZnO/Si-NPA的响应速度是CdS和ZnO共同作用的结果。ZnO/Si-NPA的电容响应度比CdS/Si-NPA的要小一个量级,所以CdS/ZnO/Si-NPA传感器的巨大的电容响应度应该归功于CdS的亲水性能和CdS/ZnO/Si-NPA具有的大比表面积特点。鉴于LiCl复合CdS/Si-NPA的良好效果,考虑对ZnO/Si-NPA进行LiCl的复合。复合LiCl后,传感器的性能有很大提升,响应速度加快,稳定性得到提高,感湿特性曲线的线性度也得到较大提高,湿滞大幅度减小,且具有非常好的重复特性,说明复合LiCl确实能够提高ZnO/Si-NPA的湿敏性能。(本文来源于《郑州大学》期刊2017-05-01)
肖旭华[7](2017)在《硅纳米孔柱阵列及其氧化亚铜复合纳米体系的可见光催化性能研究》一文中研究指出环境污染和能源短缺是人类目前面临的两大危机,而通过半导体光催化技术制氢和降解水中有机污染物有望为解决上述危机提供一个可能的途径。随着社会和经济发展,工、农业及生活废水的不当处理与排放日益加剧了水资源状况的恶化,而水污染范围大、污染物成分复杂、水源保护难度高、净化技术复杂且成本昂贵等问题,使水污染治理整体成效难以令人满意。其中,如何从技术上实现水中有机污染物的低能耗、低成本完全降解,是人们在水污染处理方面所面临的重要课题之一。近年来,通过半导体光催化技术并利用太阳光辐照以降解水中有机污染物的相关研究,日益得到人们的关注并取得了引入瞩目的进展。其中,具有较高光催化活性尤其是可见光催化活性半导体材料的制备是研究重点。在早期研究中,二氧化钛因其具有较高的催化活性以及良好的化学稳定性、热稳定性和抗腐蚀性能而被认为是最具有应用前景的半导体光催化材料,从而得到了广泛研究并在光催化空气净化、液体喷涂和自洁涂料等领域得到了应用。但是,二氧化钛具有较宽的本征带隙(~3.2 eV),其电子结构特性决定了二氧化钛只有在紫外光辐照下才能产生光生载流子。众所周知,紫外光在太阳光全光谱中的能量占比仅为约5%。因此,对于利用太阳光全光谱能量实现有机物催化降解来讲,本征二氧化钛显然不是一种理想的光催化半导体材料。之后,人们虽然通过元素掺杂/共掺杂、染料敏化以及材料表面改性等方法,部分实现了对可见光的吸收和利用,但经过改性处理的TiO2其性能相对太阳光全光谱利用要求依然有很大的距离。此外,改性还会引起材料的稳定性问题。因此,如何制备具有高效可见光催化性能的半导体材料或者半导体复合材料,具有重要的基础研究和应用价值。晶体硅作为现代信息工业最重要的基础材料已经得到广泛应用。但是,从能带结构上讲,晶体硅是一种具有间接带隙的元素半导体,其带隙宽度仅有约1.12eV,室温下只具有极低的红外光发光效率。但是,当晶体硅的特征结构尺寸减小至纳米量级时,其带隙能将会显着增大,同时发生由间接带隙到准直接带隙甚至直接带隙的转变,从而使其发光效率显着增加,发光波段进入可见光区,这为其应用于光电领域奠定了物理基础。另一方面,氧化亚铜(Cu_2O)是一种具有直接带隙的P型氧化物半导体,其带隙宽度约为2.17 eV,对应于太阳光中的黄绿光波段,而这个波段在整个太阳光能量的占比高达~45%。显然,氧化亚铜能够直接吸收并有效利用太阳光中的可见光部分,因此被认为是在可见光催化领域极具应用潜力的半导体材料之一。因此,通过将硅纳米材料与氧化亚铜优化复合,有可能获得一种具有较高可见光催化性能的半导体体系。基于上述思想,本文首先采用水热腐蚀法制备了具有微米/纳米叁重层次结构的硅纳米孔柱阵列(Si-NPA),并以甲基橙水溶液作为目标有机污染物,对其可见光催化性能进行了研究。在此基础上,以Si-NPA为衬底,采用液相还原法制备了Cu_2O/Si-NPA复合体系,并对其可见光催化性能进行了表征,尤其重点研究了Cu掺杂对Cu_2O/Si-NPA复合体系可见光催化性能的影响及机制。论文取得以下主要研究结果:一、Si-NPA可见光催化性能研究1.Si-NPA具有优异的广谱光吸收性能。研究发现,在波长范围为400-800nm的可见光波段,Si-NPA的积分光吸收率高达~96%以上。Si-NPA优异的广谱光吸收性能被归因于样品中因大量硅纳米晶粒的形成所引起的材料能带结构的改变、硅纳米晶粒尺寸分布以及样品具有的独特纳米多孔结构和阵列结构。SiNPA优异的广谱光吸收性能有利于提高其光生载流子的产生,从而为获得较高的可见光催化降解率提供重要的基础保证。2.Si-NPA的可见光催化效率与溶液浓度存在关联性。以新鲜制备的Si-NPA作为半导体光催化剂,以不同浓度的甲基橙溶液(10 mg/l、20 mg/l和40 mg/l)作为目标降解物,对比研究了Si-NPA的可见光催化性能。结果表明,Si-NPA对浓度20 mg/l甲基橙溶液的可见光催化降解效率最高,1小时降解率高达97.7%。对相关催化降解机制进行了研究和分析,为模拟污染物溶液浓度选择和降解条件优化提供了指导。3.Si-NPA的氧化老化导致光催化性能的降低及原因。分别以空气中自然老化1天、1周和1个月的Si-NPA样品作为光催化剂,以浓度为20 mg/l的甲基橙溶液为目标降解物,对比研究了Si-NPA的光催化降解性能。结果表明,随着在空气中老化时间的增加,Si-NPA的光催化降解性能逐渐降低。上述现象被归因于Si-NPA表面氧化产生的大量缺陷中心。传输过程中缺陷中心对光生载流子的俘获和复合,直接导致了Si-NPA光催化降解能力的降低。此外,Si-NPA表面氧化引起的疏水性也是其光催化性能降低的原因之一。4.老化Si-NPA可见光催化活性的可恢复性及其机制。针对老化氧化Si-NPA可见光催化降解性能的可能原因,提出了两种恢复其催化性能的途径。一是将老化的Si-NPA浸入不同浓度的HF溶液中进行不同时间的处理以去除其表面氧化成分;二是将老化的Si-NPA在进行光催化降解实验前浸入无水乙醇中进行不同时间的处理以改善其表面的疏水状况。结果表明,上述两种方法均能在一定程度上恢复Si-NPA的光催化降解性能,但光催化降解性能恢复的程度有所差异。5.Si-NPA可见光催化降解的循环性能及保证方法。实验结果表明,随光催化降解循环次数的增加,Si-NPA催化活性逐渐降低。除光催化过程中因氧化形成缺陷中心及造成样品表面疏水性外,Si-NPA中硅纳米晶粒的逐渐损耗可能是一个最根本的原因。研究发现,通过将经过多次循环使用、光催化活性已极大降低的Si-NPA样品浸入制备Si-NPA的原溶液中(硝酸铁与HF酸按照一定的浓度配制的混合溶液)进行一定时间的处理,Si-NPA的光催化活性可以得到完全恢复。二、Cu_2O/Si-NPA复合体系的可控制备及可见光催化性能研究1.Cu_2O/Si-NPA复合体系的制备及其Cu掺杂。半导体材料的形貌和微结构及化学组分对其光催化性能具有重要的影响。以Si-NPA为衬底,采用液相浸渍沉积法并通过改变铜盐种类、溶液浓度、浸渍温度和时间制备了Cu_2O/Si-NPA、Cu_2O:Cu/Si-NPA(Cu_2O为主相)、Cu:Cu_2O/Si-NPA(Cu为主相)和Cu/Si-NPA四种复合纳米体系,并对其形貌和微结构特征和化学组分等特性等进行了表征。2.Cu_2O/Si-NPA复合纳米结构的光催化性能及机制。实验结果表明,对于所制备的四种复合纳米结构,Cu_2O/Si-NPA和Cu_2O:Cu/Si-NPA对甲基橙均具有可见光催化降解能力,而Cu_2O:Cu/Si-NPA的可见光催化降解效率最高,相比Cu_2O/Si-NPA提高了20%以上。说明通过对Cu_2O进行适量的Cu掺杂,有利于提高光生电子从材料内部向表面的传输效率,从而减少载流子复合几率,提高光催化效率。但Cu:Cu_2O/Si-NPA和Cu/Si-NPA两种复合纳米体系几乎没有表现出光催化活性,表明体系中过少的Cu_2O成分在可见光辐照下难以产生足够浓度的光生载流子,再加上光生载流子从材料内部向表面传输过程中的复合损耗,最终在材料表面能够产生的催化活性位点过少,从而大大降低了体系的光催化降解能力。通过同质金属掺杂改善金属氧化物半导体的可见光催化降解能力对相关材料体系设计和制备具有很好的借鉴意义。(本文来源于《郑州大学》期刊2017-05-01)
陈雪霞[8](2017)在《氮化镓/硅纳米孔柱阵列紫外光电探测性能研究》一文中研究指出紫外光电探测器在工农业生产、环境监测与保护、航空航天以及国防工业等领域均具有重要的应用价值,而半导体材料与技术的快速发展为新型高性能紫外光探测器的研究奠定了重要的材料基础。单晶硅是最早被应用于紫外探测领域的半导体材料,基于单晶硅的紫外增强型硅光电二极管作为第一代固体探测器的典型代表早已得到广泛的应用。但是,硅探测器容易受到可见光信号的干扰,必须使用配套的滤光片以排除可见光产生的噪音,同时还存在因易于老化而导致使用寿命短的缺点。此外,硅是一种间接带隙的半导体材料,这一能带结构特点从物理上决定了,硅光电器件只能具有较低的光量子响应效率。近年来,以GaN、ZnO为代表的宽带隙化合物半导体在材料制备与器件工艺方面均得到了快速发展,尤其基于GaN同质/异质结的光电子器件已在短波长发光二极管、激光二极管、高效串联多结太阳能电池等领域得到广泛应用。GaN是一种直接带隙化合物半导体材料,本身具有较高的光响应量子效率;其带隙宽度约为3.34 eV,对应的本征吸收和发光波长处于紫外光区;同时,GaN还具有化学和稳定性好、导热率高、抗辐射能力强等优点。GaN的上述特性预示着它有望成为制备新型高性能紫外光探测器的理想材料。基于上述考虑,本文以一种硅的微米纳米结构复合体系即硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,采用化学气相沉积(CVD)法制备了GaN/Si-NPA纳米异质结阵列,并对其表面形貌、化学组成、光吸收和光致发光特性进行了表征。在此基础上,通过电极设计制作,制备了结构为ITO/GaN/Si-NPA/sc-Si/Ag的光电探测器原型器件,并对其光电探测性能进行了表征。最后,通过改变CVD沉积GaN过程中的沉积温度、沉积时间和氨气流量等单个参数,获得了GaN/Si-NPA紫外光探测器的优化制备条件。论文取得以下主要研究结果:(1)Si-NPA、GaN/Si-NPA异质结及其紫外光探测器的制备。首先,采用水热腐蚀法制备了Si-NPA。第二,以Si-NPA为衬底,通过在其上预沉积金属Pt作为催化剂,采用CVD方法制备了GaN/Si-NPA纳米异质结阵列。最后,通过在GaN/Si-NPA上、下面分别沉积ITO薄膜和Ag薄膜作为透明顶电极和底电极,制备出结构为ITO/Si-NPA/sc-Si/Ag的紫外探测器原型器件。(2)GaN沉积温度对GaN/Si-NPA紫外探测性能的影响。保持CVD过程中其他条件相同,采用不同的沉积温度制备了GaN/Si-NPA,对其相应的结构和表面形貌特征进行了表征,对器件的光响应范围、响应度、响应/恢复速度等光响应特性进行了测试与分析。结果表明,GaN/Si-NPA光响应存在紫外光区和蓝光区两个波段,器件的光响应特性与GaN的沉积温度有很强的关联,950℃为制备GaN/Si-NPA紫外光探测器的优化沉积温度。(3)GaN沉积时间对GaN/Si-NPA紫外性能的影响。保持CVD沉积温度为950℃、其他条件相同,通过改变沉积时间制备了GaN/Si-NPA,并对其结构和形貌特征进行了表征,对器件的光响应特性进行了测试与分析。结果表明,制备GaN/Si-NPA紫外光探测器的优化沉积时间为20 min。(4)GaN沉积过程中氨气流量对GaN/Si-NPA紫外探测性能的影响。保持CVD沉积温度为950℃、沉积时间为20 min,通过改变氨气流量制备了GaN/Si-NPA,并对其结构和形貌特征进行了表征,对器件的光响应特性进行了测试与分析。最终结果表明,制备GaN/Si-NPA紫外光探测器的优化CVD条件是:制备温度为950℃,沉积时间20 min,氨气流量3 sccm;以此制备紫外光探测器的光谱响应范围280-380 nm,零偏压下最高响应度为~0.15 mA/W,响应/恢复时间均为~0.04 s。研究结果对研制新型硅基GaN紫外光探测器具有很好的借鉴意义。(本文来源于《郑州大学》期刊2017-05-01)
顾苏杭[9](2017)在《二维材料/硅纳米柱阵列异质结光电器件研究》一文中研究指出二维材料因其独特的电子特性,一直是近年来研究的热点。狄拉克半金属性质的石墨烯(Graphene)是典型的二维材料,其透明、导电和柔性的特性可以作为柔性太阳能电池的电极材料。除此之外,具有表面金属态而体内绝缘特性的拓扑绝缘体(TIs)也是刚被发现和研究的二维材料,其独特的狄拉克金属表面态以及较窄的体带隙能够将吸收光谱拓宽到红外波段,是红外光电探测器的重要材料。二维材料在光学和电学方面展现出的优越性能,使其在光电器件中的应用具有较大潜力。但是目前针对二维材料的研究才刚刚起步,发现和被研究的二维材料不但数量少,而且研究深度不够,更多的创新性应用还有待发掘。硅纳米柱(SiNPs)作为硅纳米结构家庭的一员,相较于硅纳米线阵列具有可比的光吸收能力,同时在和二维材料形成的异质结中具有效接触面积大等优点。另外,硅纳米柱由于其可控的制备工艺流程(有效的控制柱子的高度和尺寸),从而调节入射光的吸收和器件接触面积之间的平衡,以实现理想的器件效率。本文以聚苯乙烯小球作为掩膜并结合反应离子刻蚀技术制备出了大面积的硅纳米柱阵列。并创新性的将得到的硅纳米柱阵列分别与石墨烯和拓扑绝缘体等二维材料相结合,构筑了高性能的太阳能电池和宽光谱的光电探测器。论文的主要内容如下:一、硅纳米线(SiNWs)是常见的硅纳米结构,在它和二维材料形成的异质结中,SiNWs主要存在接触面积小的问题。和SiNWs相比,SiNPs除了具有可比的光吸收能力外,在和二维材料形成的异质结中能够提升器件接触面积。我们通过聚苯乙烯小球作为掩膜并结合反应离子刻蚀制备了硅纳米柱阵列,并通过对反应刻蚀气体比例和刻蚀时间调节,优化了硅纳米柱阵列的陷光性能。二、SiNWs在和二维材料形成的异质结器件中存在接触面积小的问题,很大程度上影响了器件的效率。我们构筑了基于Graphene/SiNPs异质结太阳能电池,利用硅纳米柱阵列取代湿法刻蚀制备的硅纳米线阵列,保留了硅纳米阵列优异的光吸收性能,提高了异质结的接触面积,提升了器件的光电转换效率,最后得到了器件效率为10.15%的太阳能电池。叁、拓扑绝缘体较窄的体带隙,自身只能形成比较小的势垒来阻止载流子复合,使得光生载流子复合严重,光电探测性能较差。但是,将拓扑绝缘体和硅纳米柱阵列结合形成异质结,在界面处能够形成肖特基势垒,内建电场可以有效促进光生载流子的分离和传输。我们通过化学气相沉积法(CVD)在硅纳米柱阵列表面合成了拓扑绝缘体Bi2Se3薄膜来构筑Bi2Se3/SiNPs异质结光电探测器,利用硅纳米柱阵列取代平面硅,实现了异质结对入射光吸收的增强,提升了器件的响应度,响应度达6.26 AW-1。另外,成功将器件的光谱探测范围拓宽到了光通讯波段(1550nm)。四、拓扑晶体绝缘体(TCIs)作为拓扑绝缘体(Tls)材料中新的成员,具有独特的性质,如高对称的晶格结构、多重的表面态和可调的电子性质。我们基于化学气相沉积法(CVD)制备出了高质量、大面积的TCIs SnTe薄膜,并构筑了SnTe/SiNPs异质结光电器件。利用带隙更窄的拓扑晶体绝缘体取代传统的拓扑绝缘体,再结合硅纳米柱阵列,实现了器件性能全方位的提升,响应度达8.8 AW-1,探测率为8.8x1012 cmHz1/2W-1,响应速度为8μs。另外,该器件的光谱探测范围覆盖了紫外-近红外波段。(本文来源于《苏州大学》期刊2017-03-01)
滕飞,李宁,刘凌霄,徐大任,肖东洋[10](2016)在《利用金属催化刻蚀制备具有超低反射率的有序硅纳米柱阵列》一文中研究指出降低表面反射率是提高光学及光电学器件效率的一种重要方法[1,2]。因此,我们利用金属催化刻蚀的方法[3]在硅表面制备有序硅纳米柱阵列,将硅表面250-1050纳米波段内的平均反射率从45%降至0.1%,如图一所示。并且入射光角度从0°增加到70°时,反射率仍然低于1.2%。我们研究了硅纳米柱的高度和直径对反射率的影响,结果表明,硅表面的反射率随着纳米柱高度的增加而降低,并且反射峰位随着纳米柱直径的减小而发生蓝移。因此这种制备方法为调控硅表面反射率提供了一个可能。(本文来源于《中国化学会第30届学术年会摘要集-第叁十一分会:胶体与界面化学》期刊2016-07-01)
硅纳米孔柱阵列论文开题报告
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
石墨烯是由sp~2杂化单层碳原子组成的二维蜂窝状结构,具有大的比表面积、高的透光率、电子迁移率、激子束缚能和热稳定性,这使得石墨烯(graphene)在透明电极、场效应晶体管、光伏器件、气敏传感器等方面有巨大的应用潜力。但本征石墨烯具有零带隙特性,不产生荧光,这极大的限制了它在光电器件中的应用,打开石墨烯的带隙是其在半导体光电子器件领域应用的前提。石墨烯的光学性质由其对称性决定,可以通过引入无序结构来改变,途径之一就是通过调控sp~2区域的尺寸来调控发光的波长。超大规模集成电路都是以Si材料作为基础,而且下一代信息技术的一个重要发展方向就是硅基光子学,但作为间接带隙半导体,Si发光效率较低,需要将光子器件或电子器件集成在Si芯片上,实现光电集成,缩短光电互联的长度,提高信息处理速度。构筑graphene/Si器件,不仅可以实现硅掺杂石墨烯提高石墨烯的激子结合能,增强石墨烯室温激子发光,还可以直接将器件集成到Si芯片上。但石墨烯与Si集成时存在晶格失配和热失配,采用纳米技术可以很好解决这个问题。本论文在Si纳米孔柱阵列(Si nanoporous pillar array,Si-NPA)上用化学气相沉积法(chemical vapor deposition,CVD)成功原位制备了石墨烯,实现了与Si-NPA的异质接触,得到一种新型的graphene/Si-NPA纳米异质结构,该结构在室温下展现出较强的激子发光特性、稳定良好的场发射性能、和较弱的光电导性能。本论文主要进行了以下研究工作:(1)采用两种不同的方法制备graphene/Si-NPA异质结:1、以Ni为催化剂,CVD法在Si-NPA上直接沉积生成石墨烯;2、采用氧化还原法制备石墨烯,然后旋涂在Si-NPA上形成异质结。先采用化学水浴法制备Ni催化剂,研究了不同前驱体、生长时间、溶液PH值对催化剂覆盖度、颗粒均匀度的影响,确定了Ni(CH_3COO)_2·4H_2O为前驱体、生长时间15 min、PH值为8是得到Ni纳米晶催化剂的最佳制备条件。然后采用CVD方法在Ni/Si-NPA上生长石墨烯,通过控制碳沉积时间来调节石墨烯的层数,在此选用5 min、10 min沉积时间,制备出厚度分别为3和8个碳原子层的石墨烯。此外,我们通过氧化还原法成功制备了分散均匀,尺寸为5~7 nm的石墨烯,并将其旋涂在Si-NPA上,形成graphene/Si-NPA纳米异质结构。(2)Graphene/Si-NPA纳米异质结的结构、组成、及室温激子发射特性。利用XRD、FESEM、TEM、HRTEM、Raman等表征了CVD法制备的graphene/Si-NPA的形貌、结构及组成,确定制备的石墨烯尺寸为~17 nm,具有良好的结晶度和分散性。光吸收谱表明石墨烯具有3.3 eV的吸收带边。在光激发下,石墨烯在紫外和可见光区域(2.06-3.6 eV)出现一系列连续分立的激子发射峰。此外,声子谱伴随激子峰也在室温下长期稳定存在。石墨烯的低温光致发光谱表明激子发光来源于自由激子、束缚激子的复合发光和缺陷态发光。通过分析石墨烯的载流子传输特性,基于能带理论构建了石墨烯的激子发光物理模型。我们认为石墨烯发光的机理除了激子能带间的跃迁外,Si原子的掺杂、催化剂Ni纳米晶的等离子增强等因素,对石墨烯的室温激子发光都起到了重要的作用,该研究结果对增强石墨烯的室温激子发光具有重要的参考价值。为了更好地揭示这一现象,我们测试了graphene/Si-NPA复合体系的量子产率为3.09%,平均荧光寿命为1.08 ns。通过对387 nm、473 nm处发光峰的寿命测试,确定了387 nm的发光是由自由激子到σ能带跃迁造成的,而473 nm处的发光是由两种机理构成:束缚激子复合和石墨烯的边沿缺陷态发光。为了对比,测试了旋涂法制备的graphene/Si-NPA异质结的激发光谱和光致发光谱。结果表明,该方法中Si原子与石墨烯接触不够紧密,相互之间没有电子和能量交换,在紫外光激发下复合体系没有出现石墨烯的激子发光,异质结的光谱只是两种材料发光的简单迭加。另外实验观察到Si-NPA的发光强度变强,可能是石墨烯作为Si-NPA的光学窗口,在反射折射的过程中增加了Si-NPA的光吸收。(3)Graphene/Si-NPA和石墨纳米结构(nano-graphite)/Si-NPA的可见光探测特性。激子运动过程传播动量和能量,但不传播电荷,运动过程中不产生光电导。根据此理论,graphene/SiNPA体系激子发光较强,不会产生光电导现象或光电导较弱。为了验证此理论,我们采用Ag丝做电极,采用同面电极法分别制成1.0×1.0 cm的Si-NPA、Ni/Si-NPA及graphene/SiNPA光电导探测器。结果表明,Ag电极与Si-NPA、Ni/Si-NPA、graphene/Si-NPA都形成了欧姆接触。与基底Si-NPA和Ni/Si-NPA相比,graphene/Si-NPA具有较低的面电阻率和较高的光电导响应度,但光生电流较弱在毫安甚至微安数量级。在后续实验中我们将通过增加碳的沉积时间得到较厚的石墨层,降低石墨烯的激子结合能,进而降低激子光吸收,增强光电流。将碳膜生长时间延长为15 min后,在Si-NPA上生成一层石墨纳米结构(graphite nanostructure,nano-graphite),它主要由石墨纳米颗粒和纳米线组成,而纳米颗粒和纳米线又是由更小的石墨晶体聚集而成。光学和电学测量表明nano-graphite/Si-NPA与graphene/Si-NPA相比,具有更强的宽光谱吸收(11.79-15.9%)、更高的电流开关比(75)和光电响应度(~0.16 AW~(-1)),并且具有超低的工作电压。研究结果表明nano-graphite/Si-NPA较高的电流开关比和响应度主要由厚且致密的石墨纳米膜的强光吸收、低的激子吸收发射和低的方块电阻等因素形成的。(4)Graphene/Si-NPA的场发射特性所制备Graphene/Si-NPA复合体系因存在多界面而形成了高的载流子的浓度(5.45×10~(24) cm~(-3))和低的面电阻率~2.5?10~(-8)Ωcm,提供大量小尺寸的石墨烯(平均尺寸11.1 nm),具有大量能发射电子的边缘点,而且基底微米量级的硅柱阵列不仅能增加石墨烯的生长面积,还可以减小场发射电子的静电屏蔽,所以极具场发射应用价值。将CVD法制备的graphene/Si-NPA复合结构作为冷阴极材料,采用二极管测试模型,在高真空下研究其场发射性质。器件的载流子浓度和面电阻率利用霍尔效应获得,测试时使用范德堡循环测试法降低副作用。结果表明:5 min石墨烯生长时间的graphene/Si-NPA场发射F-N曲线呈现线性变化,是典型的量子隧穿效应形成的冷阴极电子发射。其开启场强为2.85 V/μm,在4.2 V/μm的电场下可以获得~53.9μA/cm~2的发射电流密度。根据Fowler-Nordheim理论,计算出场增强因子为~2700。在低工作电压下,graphene/Si-NPA也显示出比垂直基底生长的石墨烯更高的场发射稳定性。实验结果表明,graphene/Si-NPA的开启场强与石墨烯的生长时间有关,10min石墨烯生长时间的graphene/Si-NPA开启场强增长至8.5 V/μm,在高低电场范围内,场发射F-N曲线呈现双斜率现象。这是由高低电场范围内电子发射位置不同造成的。在低电场下,石墨烯的电子隧穿石墨烯和真空势垒形成隧穿电子;在高场强下,Ni纳米晶中的电子隧穿Ni和石墨烯及石墨烯和真空间的势垒形成发射电子。实验结果表明5 min石墨烯生长时间的graphene/Si-NPA更适合做冷阴极材料。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
硅纳米孔柱阵列论文参考文献
[1].王志权.MaCE法磁电耦合作用下制备单晶硅纳米孔阵列的研究[D].杭州电子科技大学.2019
[2].唐召军.石墨烯/硅纳米孔柱阵列的制备与光电特性[D].郑州大学.2018
[3].吉慧芳.氮化镓/硅纳米孔柱阵列结构的制备及其光/气体探测性能研究[D].郑州大学.2018
[4].张晓丽,刁润丽,李勇.基于硅纳米孔柱阵列的Zn掺杂CdS纳米晶光学特性研究[J].化工新型材料.2018
[5].陈雪霞,肖旭华,杜蕊,李新建.氮化镓/硅纳米孔柱阵列紫外光电探测性能[J].科学通报.2018
[6].冯明海.Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体/硅纳米孔柱阵列的湿敏性能研究[D].郑州大学.2017
[7].肖旭华.硅纳米孔柱阵列及其氧化亚铜复合纳米体系的可见光催化性能研究[D].郑州大学.2017
[8].陈雪霞.氮化镓/硅纳米孔柱阵列紫外光电探测性能研究[D].郑州大学.2017
[9].顾苏杭.二维材料/硅纳米柱阵列异质结光电器件研究[D].苏州大学.2017
[10].滕飞,李宁,刘凌霄,徐大任,肖东洋.利用金属催化刻蚀制备具有超低反射率的有序硅纳米柱阵列[C].中国化学会第30届学术年会摘要集-第叁十一分会:胶体与界面化学.2016