基于II-VI族一维半导体纳米结构的光探测器件内在物理机制和性能研究

本研究拟在控制生长II-VI族一维半导体(主要是ZnS, CdS, ZnSe和ZnO)纳米结构的基础上，"一对一"揭示同一根纳米结构的同一部位的微观结构和谱学特征，以及进一步定性研究这些纳米结构为基础的光探测器性能和纳米结构形貌、微结构（表面状态和缺陷）等的内在关系；发展一到二种简单、有效且低成本的方法，构筑高性能光探测器；详细研究探测器在不同气体氛围和温度下的行为，发展多功能探测器，阐明不同半导体纳米结构光探测的内在物理机制，依据不同材料的光探测行为，发展表面功能化等有效手段，实现高性能II-VI族一维半导体纳米结构的光探测器。本研究旨在深入研究、澄清II-VI族一维半导体纳米结构的生长微观机制和形貌演化机理，实现"合成－性能－应用"的系统研究，将对无机半导体纳米结构的应用研究起到推动作用，为下一代纳米器件的发展奠定材料制备、理论研究和应用基础。

该项目紧紧围绕课题研究的总目标，系统地研究了硫化锌（ZnS）一维纳米结构的控制生长，通过控制过饱和度、反应温度、催化剂颗粒的大小以及原材料的选择，成功的实现了不同直径（纳米线）和宽度（纳米带）、不同微结构的精确控制（如纳米线的直径或者纳米带的宽度可以从几十纳米可控到几个微米）。采用光学刻蚀等辅助手段，成功的构筑了不同直径和宽度、不同微结构的单个ZnS 纳米结构为基础的系列光电器件，深入研究了直径、宽度、微结构对光电性能的影响，揭示了纳米线直径或者纳米带的宽度以及其微结构和光电器件性能之间的内在联系；进一步构筑了Fe掺杂、Fe/Mn共掺杂的ZnS纳米带结构、ZnS微球/ZnO微球双层结构、ZnS/ZnO并轴纳米带、GaP/ZnS 芯壳同轴纳米电缆等结构为基础的光电器件，揭示微量掺杂对微观结构和谱学特征的影响以及进一步定性研究这些纳米结构为基础的光探测器性能和元素掺杂、纳米结构形貌、微结构等的内在关系。在该基金的支持下，以项目申请人为第一作者和通讯作者，已经在材料类著名杂志上发表论文13 篇，分别为1 篇Progress in Materials Science，4 篇Advanced Materials，1 篇Nano Letters，5篇Advanced Functional Materials 和2 篇Small。发表的论文中，有两篇论文的引用已经超过100次，一篇荣获“2011年中国百篇最具影响国际学术论文”。受邀在欧洲材料年会（E-MRS 2011）、新加坡第六届国际先进技术材料会议（ICMAT 2011）、美国召开的美国电化学学会第222次会议上、台湾召开的The 4th Asian Symposium on Advanced Materials Chemistry （ASAM-4）做邀请报告4次，该国家基金参与培养2位博士后，3位博士生和3位硕士生。