石墨烯/氧化锌微纳米线异质结光电性质的研究

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随着现代科技的发展,功能器件逐渐向着小型化和智能化的方向发展,其中微/纳米量级的光电器件处于核心地位。近些年来,ZnO因为其独特的光学、电学、压电、光电等性质而受到广泛的关注和研究,基于ZnO纳米线的激光器、纳米发电机、太阳能电池、光电探测器等的研究均已取得一系列的进展。而石墨烯作为一种二维的单层碳材料,自发现伊始就引发了人们极大的研究兴趣。本论文主要研究了ZnO微/纳米线的生长、单层石墨烯/Au纳米颗粒/ZnO微米线的光学性质,石墨烯/ZnO微/纳米线的光电性质等。  本论文研究取得主要结果如下:  1.利用化学气相沉积法(CVD)配以缓慢降温过程和氧气氛围退火过程制备出了高品质的ZnO微/纳米线。使用光学显微镜和扫描电子显微镜表征了其形貌特征;用拉曼光谱和透射电子显微镜表征了其结构特征;用PL光谱表征了其光学特征。这种高品质的ZnO微/纳米线可以被应用于制备其他复杂结构的微/纳米光电功能器件。  2.制备出了单层石墨烯/金纳米颗粒/ZnO微米线异质结,测试了不同温度下器件的PL谱。通过对有无石墨烯的区域研究对比,我们发现了石墨烯对ZnO微米线光致发光三倍左右的增强,并将这一增强效应归结于ZnO的PL发光和石墨烯表面等离子激元的匹配耦合。由于这种耦合作用,波矢方向为平面内的发射光被ZnO表面的Au纳米颗粒所调制,激发了石墨烯的表面等离子激元,辐射出光子,从而实现了增强。这一实验结果对于设计基于ZnO/石墨烯的光电器件具有指导意义。  3.研究了石墨烯/ZnO微/纳米线肖特基结的光电性质。我们利用Ga离子诱导Pt沉积,实现了ZnO和金属电极之间的欧姆接触。经过实验研究和理论分析,发现石墨烯和ZnO微/纳米线之间的接触是肖特基接触,并且肖特基势垒的高度随着栅极电压的增加而减小,随着照射在结区上的紫外激光强度增强而降低。这一肖特基结对325nm的紫外光具有良好的响应,其响应速度达到数十微秒量级。
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