● 摘要
ZnO是一种十分重要的宽禁带化合物半导体，其禁带宽度为3.37eV，激子束缚能为60meV，是制备紫外激光器和紫外光探测器的理想材料。ZnO低维材料因其有别于体材料的特殊性质而成为材料研究领域的热点。本文利用水热自组装技术制备了一维ZnO纳米阵列，深入分析了反应机理，探讨了不同反应体系所制备阵列的形貌与结构，并研究了阵列的紫外探测性能。 实验发现，在开放体系中，随着生长温度的升高，ZnO棒的直径由250nm减小至70nm，阵列形貌更加有序。热处理对形貌的影响并不明显，但对氧锌比影响较大，降低了ZnO中的氧空位缺陷浓度。研究了95℃制备的阵列样品的紫外探测特性：5V偏压下，暗电流为3uA，光响应度为22.7A/W；响应时间特性表明，上升时间较长，为200秒，下降非常缓慢，无法回到光照前的状态。 深入地研究了封闭体系阵列的制备及器件的紫外探测性能。在该体系发现了亚稳态过饱和状态。实验表明，该状态下无溶液自发同质成核现象，却能在颗粒膜上异质成核生长，且制备的阵列质量普遍优于开放体系。 研究表明，保持硝酸锌与氨水浓度比例不变时，亚稳态过饱和温度随浓度的增加而升高，阵列直径在90至870nm范围内增加；保持氨水浓度不变时，亚稳态过饱和温度随硝酸锌浓度的增加而降低，阵列直径在40至90nm范围内增加；保持硝酸锌浓度不变时，亚稳态过饱和温度随氨水浓度的增加而升高，阵列形貌变得无序。紫外探测性能测试表明，在硝酸锌浓度为0.01mol/L的亚稳态过饱和条件下制备的ZnO阵列具有较好的紫外探测性能：5V偏压下的暗电流仅为0.47uA，光响应度为17.5A/W；上升时间仅为25秒，经300秒后回到光照前的状态；仅对波长在380nm以下的紫外光有响应。 作为对硝酸锌-氨水生长体系的补充，本文还初步研究了硝酸锌-乙二胺体系及基片旋转体系。实验结果表明，乙二胺的引入有利于制备高长径比的有序阵列；基片旋转对阵列的表面形貌有破坏作用，且对生长溶液的状态有不利影响。两体系所制备阵列的紫外探测性能均低于封闭体系所制备阵列。