一维材料碳化硅纳米线的光电特性研究

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一维材料以其独特新颖的物理、化学和生物特性在微纳电子器件方面的具有巨大的应用潜力,越来越受到当今纳米科技领域的重视。基于低维纳米材料构建的纳米光电子器件可应用于天文卫星的光学遥测、航天探测、医药生物识别等领域。本课题把SiC纳米线作为研究对象,结合双束制备出单根碳化硅纳米线场效应管并在恶劣环境下测试了它的光电性能。  本课题采用的SiC纳米线是基于“气-液-固”(V-L-S)生长机制,以前驱体聚硅碳硅烷(PSCS)系列为制备原料,催化剂采用的是二茂铁,通过聚合物热解-化学气相沉积法(CVD,Chemical Vapor Deposition)在1300℃并保温3小时,制备了长度在厘米级别的SiC纳米线,在氧化铝等为材质的瓷方舟表面制备出大量的絮状棉花白SiC纳米线,通过半导体测试表征设备SEM、XRD、TEM、Raman对其进行了形貌、尺寸、结构、类型进行了表征。结果表明,制备出的SiC纳米线长度达到厘米尺寸,直径在150~200nm左右,属于弱的n型半导体材料,多数纳米线形成了内外两层“壳-核”同轴电缆结构,外层壳是非晶的SiO2层,核心是β型的SiC晶体,沿着<111>晶向生长,整体纳米线生长定向性好,但是微观上有其他少量的直径波动型、螺旋型、“Y”、“S”等形貌,SiC纳米线结构上存在层错、位错及多晶结构和杂质等缺陷。  本课题利用乙醇超声分散工艺获得几种不同制备时间SiC纳米线溶液,使用滴管滴定SiC纳米线溶液到金质电极表面,结合FIB/SEM等设备制作单根SiC纳米线场效应管,并在模拟恶劣的环境下测试了SiC纳米线器件的光电特性等响应。结果表明:制备的SiC纳米线的导电机理是热电子发射型,电子迁移率是2.3*107cm2·V-1·s-1,器件对水分子、乙醇等有良好的响应,尤其是对紫外线光(UV)具有很高的灵敏度,并且反应时间短,快速响应。
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