一维半导体异质纳米结构的制备，调控与界面

本项目研究一维半导体异质纳米结构的生长，界面及其光、电等性质。主要致力于异质纳米结构的制备，界面微结构表征，电输运性质，微区光学性质的研究。材料制备的思路是以预先生长好的纳米线、纳米带等为基底，进行第二次生长，从而实现异质结构。在纳米线方面，通过外延，电沉积等技术实现在纳米线周围外延生长另外一种材料，即同轴电缆。在纳米带方面，主要开展两种类型的纳米带的生长，一种是利用外延技术在一种材料纳米带上生长另外一种材料的纳米带，形成具有异质结构结点的纳米带；第二种以纳米带为基础，对纳米带本身进行氧化还原反应，形成具有异质结构界面的纳米带。在材料制备的基础上，利用高分辨电镜详细研究异质结的界面微结构，利用四探针和光致发光手段研究不同异质纳米结构的光电性质。结合微结构和光电性质的研究，揭示结构和性质的关系。在此基础上，调整材料种类，实现其光电性能的调控。本研究有助于人们对纳米光电子材料的理解。

本项目研究一维半导体异质纳米结构的生长，界面及其光、电等性质。主要是以预先生长好的纳米线、纳米带等为基底，进行第二次生长，从而实现异质结构。着重做了三方面的工作。1）采用电化学沉积的方法，先在ITO和Si衬底上生长出ZnO纳米线阵列，详细研究了电化学沉积参数对产物形貌的影响，并通过调整参数实现了对ZnO纳米线阵列的可控制生长。通过一系列实验研究，得到如下结论：①沉积过程中，电解质溶液中ZnCl2的浓度对ZnO纳米结构的形貌影响很大，而且随着ZnCl2浓度的减小，沉积所得样品中ZnO纳米棒的直径逐渐减小，纳米棒也越稀疏即棒密度也越小。②沉积电位较低时，制备出的ZnO样品纳米棒密度较低、直径较小、方向性很差，且生长不均匀，会出现纳米片状结构；而沉积电位升高时，样品中ZnO纳米棒直径随之增加、密度增加、方向性变好。③相对于ITO导电玻璃衬底而言，在镀金硅片上生长的ZnO纳米棒结构结晶质量更高、c轴择优取向更明显、纯度也更高、棒直径稍小、密度稍大、方向性较好。在此基础上，讨论了其生长机制。同时，对不同形貌样品的场致发射性质进行了测量，并分析讨论了形貌对其性质的影响。2）采用物理气相沉积法制备了ZnS/ZnO, ZnO /SnO, CdS/ZnO 等三种异质结构，并对其生长机制与发光性能做了详细的研究。通过一系列实验研究，分析了沉积条件对样品形貌的影响，得到如下结论：①可以通过两步法实现异质纳米结构的生长。先以ZnS，CdS或ZnO与碳的混合物作为源，在管式炉中生长单晶纳米线、带。然后以此纳米线、带作为基底实现二次生长。②研究了其成长机制。在第一步制备的纳米带侧面，分别是它的（0001）和（000-1）面，是具有正极性或者副极性的，由于极性的存在，可以吸附有相反电荷的离子，从而使得它与ZnO等同样具有极性的材料实现了外延生长。③研究了异质结构界面的光学性质。通过光致发光谱，我们发现每种异质结构都有界面发光峰，但由于界面晶格失配引起的缺陷，峰位红移，且强度较弱。3）初步尝试了采用第一性原理的方法研究了在电场作用下，ZnO等纳米结构的电子状态的改变，在不加电场时，HOMO和LUMO都较为均匀的分布在六棱柱的柱身，加电场以后，HOMO集中到六棱柱的上部，LUMO则集中到了中上部。