一维硅纳米材料的光学特性

硅纳米线与硅纳米管是两种重要的一维硅纳米材料,由于具有量子限制效应等性能在光电子器件方面具有潜在的应用前景.总结了近年来硅纳米线在光学特性方面的研究进展,重点介绍了本征硅纳米线、掺杂硅纳米线及硅纳米线阵列的光致发光光谱(PL)的最新进展情况,同时涉及了硅纳米管在PL发射光谱方面的研究结果.并对其发展作了展望     

硅纳米线的制备及其光学性能的研究

通过金属催化化学刻蚀的方法中的两步法制备出了具有阵列结构的硅纳米线,研究了不同刻蚀条件对硅纳米线形貌的影响,分析了形成不同形貌的原因.测定了不同条件下制备的硅纳米线的光吸收性能,总结了影响光吸收性能的因素和原因,根据硅纳米线的光吸收图求出了硅纳米线的禁带宽度,说明了硅纳米线已经具备不同于硅片的性能.     

石墨烯中嵌入硅纳米线的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了石墨烯中嵌入不同构型硅纳米线的电子特性.分析了不同构型的硅纳米线嵌入石墨烯后结构的稳定性、能带结构、态密度和差分电荷密度.研究发现:(1)直线型-I硅纳米线嵌入结构存在带隙,并且带隙的大小受到硅含量的调节.(2)扶手椅型硅纳米线嵌入结构和直线型-II硅纳米线嵌入结构由半导体变为导体.     

硅纳米线的制备及应用研究进展

介绍了硅纳米线在制备技术方面的最新进展,综述了硅纳米线两种不同的生长模式("自上而下"和"自下而上"),以及在两种生长模式下硅纳米线的制备方法,即化学气相沉积、分子束外延、激光烧蚀、氧化物辅助生长、溶液法、电子束光刻、纳米压印光刻和金属辅助化学刻蚀等,并对各种方法的优缺点进行了仔细叙述,总结了硅纳米线的两种典型生长方向(平面和垂直)的研究现状.最后阐述了近年来硅纳米线在电子器件、传感器件和太阳能电池的应用情况,并展望其发展趋势,为科研人员进一步开拓硅纳米线研究提供一定参考.     

在硅衬底上制备Si纳米线及其表征

采用以硅衬底为硅源的简单方法,在蘸有一层催化剂(0.05 M FeCl2·6H2O)薄膜的硅基片上直接制备了大量的单晶Si纳米线.用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)分别观察了硅纳米线的形貌及单根Si纳米线的显微结构.试验结果表明:随着温度的升高,纳米线的直径增大;催化剂是Si纳米线生成的重要因素,没有沉积催化剂的硅基片上不会有硅纳米线的生成,且该硅纳米线的生长机理为典型的气-液-固模式.     

预氧化法制备均匀硅纳米线阵列

利用双氧水溶液对硅片表面进行预氧化处理,并用改良的RCA法清洗硅片,结合金属辅助化学刻蚀(MACE)制备硅纳米线阵列(SiNWs).通过表征发现:预氧化清洗相较于传统RCA清洗,能够降低硅片表面微粗糙度,同时提高后续制备的硅纳米线阵列的均匀性.此外,在300～800 nm波段,当硅纳米线的长度相近时,经预氧化清洗制备的硅纳米线阵列反射率降低,当硅纳米线长度为500 nm左右时,反射率降低值大于2.4;.最后分析了均匀硅纳米线阵列的形成机理.     

泡沫镍衬底上生长二氧化锡纳米线的生长行为及光致发光性能研究

采用热蒸发法,在镀有Au(金)的多孔泡沫镍基底上生长了SnO2纳米线,生长温度分别为750℃、800℃和850℃,分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究了生长温度对纳米线生长行为的影响,采用X射线光电子能谱仪(XPS)研究了样品的元素结合态,采用荧光光谱仪研究了样品的室温光致发光(PL)性能.结果证明,生长温度对SnO2纳米线形貌、尺寸、密度等形态学特征影响显著.在750℃下,SnO2为颗粒状;800℃生成了较高密度的SnO2纳米线,且随温度升高纳米线产量增加、直径显著增大;在850℃下其直径增大至微米级.对室温光致发光性能的研究发现,随生长温度升高,在SnO2产量增加和氧缺陷浓度的提高的共同作用下,导致其发光性能随之显著提高.     

在蓝宝石衬底上外延生长ZnGa2O4纳米线及其表征

使用一种简单的化学气相沉积法成功地在c面蓝宝石衬底上外延生长了整齐排列的ZnGa2O4单晶纳米线.研究了在不同生长温度和生长压力下外延生长ZnGa2O4纳米线,并使用XRD,SEM和TEM对产物进行了表征.结果 表明,在生长条件为980℃和100 Torr时,可以外延生长出整齐排列的ZnGa2O4纳米线.所制备的ZnGa2O4纳米线直径为60 ～ 150 nm,并遵循Au催化的VLS生长机制沿其四个结晶学方向在蓝宝石上外延生长.分析了纳米线沿四个方向生长的原因,并对纳米线的光致发光性能进行了探讨.     

纤蛇纹石制备硅纳米线的研究

以天然矿物纤蛇纹石制备的氧化硅纳米线为氧化剂和模板,镁粉为还原剂,采用镁热还原法制备了系列硅纳米线.利用热分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其进行表征.结果表明:温度对反应产物硅的结构和形貌有显著影响,随着温度的上升,样品的结晶度先减小后增大;在温度650℃条件下硅“继承”了氧化硅纳米线的微观结构,而随着温度升高至700℃纳米线的结构出现坍塌,形成硅纳米颗粒.     

用电沉积法在氧化铝模板中制备氧化锌纳米线的研究

利用直流电沉积法在阳极氧化铝模板的有序孔洞中生长了氧化锌纳米线,首次在氧气氛围中将锌氧化成氧化锌.用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X射线衍射仪(XRD)对其形貌及成分进行表征和分析.结果表明,氧化铝模板的有序孔洞中填充了高致密、均一连续的锌纳米线.在氧气氛围中,800 ℃下氧化2 h,氧化铝中的锌纳米线己全部氧化成氧化锌纳米线.光致发光光谱表明,氧化锌纳米线在496 nm处有较强蓝绿光发射.