中山大学硕士学位论文若干半导体纳米线生长机理及发光特性的研究姓名：骆颖欣申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：许宁生20100610若干半导体纳米线生长机理及发光特性的研究专业：光学工程硕士生：骆颖欣导师：许宁生教授

摘要

半导体纳米材料由于其特殊的电学、力学以及光学性质，到目前为止已经被科学家们广泛的研究。本硕士论文首先简单介绍了半导体准一维纳米材料的可控生长制备的研究背景，尤其是非模板、无催化的直接氧化制备及其生长理论机理的研究现状。论文还介绍了纳米材料可控制备对其光学、电学等性质的有效调控的研究背景和现状。接下来论文重点讲述了我们关于部分准一维半导体纳米材料的可控制备、生长机理以及其光学性质的主要研究工作以及成果。本论文的主要研究工作和成果概括如下：１．通过热氧化方法制备了大面积氧化铜纳米线，建立了一个热力学模型从理论上解析氧化铜纳米线准一维形貌的形成原因，详细分析了材料各种参数，包括直径、密度和径高比等与制备温度的依赖关系，以及环境气氛对材料生长的影响作用等。我们还从实验上初步验证了这些理论的结果。本论文初步实现了氧化铜准一维纳米材料的参数可控生长，并为其他类似的氧化物一维纳米材料的可控制备奠定理论基础。２．通过对一系列不同形貌的氧化铜材料进行光学测试，包括拉曼光谱、荧光光谱和超快光谱等，从而研究氧化铜材料特殊的发光性质，期望为材料发光性质的有效调控奠定基础。我们首次观察到不同形貌氧化铜材料的特殊紫外发光现象，通过调研氧化铜的电子能带结构我们初步解释了此紫外发光的发光机理。３．测试了氧化锌纳米线阵列的超快发光光谱，并与密集生长的氧化锌纳米线薄膜进行比较分析，发现了阵列结构氧化锌纳米线的特殊紫外发光蓝移现象，通过考虑分析了Ｂａｎｄ．ｆｉｌｌｉｎｇ现象和异质结势垒的作用，我们证明了此现象是样品的阵列结构以及其特殊的电接触结所带来的。此工作为以后对该材料的发光性质

调控奠定了基础。

关键词：半导体纳米材料，可控生长制备，生长机理，超快光谱，紫外发光

ＩＩＣｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄＯｐｔｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ

ＳｏｍｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＮａｎｏｍａｔｅｒｉａｉｓ

Ｍａｊｏｒ：ＯｐｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｎａｍｅ：ＹｉｎｇｘｉｎＬｕｏＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：ＮｉｎｇｓｈｅｎｇＸｕ，Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ

ＡＢＳＴＲＡＣＴＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｎａｎｏ－ｍａｔｅｒｉａｌｓｈａｖｅａｔｔｒａｃｔｅｄｍａｎｙａｔｔｅｎｔｉｏｎｓｏｆｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ

ｗｉｄｅｌｙ

ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｕｎｉｑｕｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｎ

ｔｈｉｓＭａｓｔｅｒｏｆ

Ｓｃｉｅｎｃｅｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｓｏｆｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇｑｕａｓｉ－ｏｎｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ

ｓｅｍｉ－ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌｓｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｙｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｆｉｒｓｔ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅ

ｎｏｎ－ｔｅｍｐｌａｔｅａｎｄｎｏｎ—ｃａｔａｌｙｓｔｍｅｔｈｏｄｓ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｓａｂｏｕｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅ

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Ａｆｔｅｒｔｈａｔ，ｗｅｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓａｎｄｒｅｓｕｌｔｓｗｅｈａｄａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄｄｕｒｉｎｇ

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ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄ

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ｍａｉｎｗｏｒｋａｎｄｆｉｎｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎａｒｅｌｉｓｔｅｄａｓｆｏｌｌｏｗ：

１．Ｌａｒｇｅａｒｅａｏｆｃｕｐｒｉｃｏｘｉｄｅ（ＣｕＯ）ｎａｎｏｗｉｒｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｔｈｅｒｍａｌ

ｏｘｉｄａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄａｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｇｒｏｗｔｈｍｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．

ＴｈｅｍｏｄｅｌｅｘｐｌａｉｎｅｄｈｏｗＣｕＯｎａｎｏｗｉｒｅｇｒｅｗｉｎｔｏｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ

ｓｈａｐｅ

ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ．Ｉｔａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｓｏｍｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ

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ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｍｂｉｅｎｃｅ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｂａｓｉｃａｌｌｙｃｏｎｓｉｓｔｅｄＷｉｔｈｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ

ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｉｓｗｏｒｋｓｍａｄｅｉｔｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｓｏｍｅ

ｑｕａｓｉ—ｏｎｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｏｘｉｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．２．ＯｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｕｃｈａｓＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒａ，ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ（ＰＬ）ｓｐｅｃｔｒａａｎｄＩＩＩｕｌｔｒａ－ｆａｓｔＰＬｓｐｅｃｔｒａｏｆＣｕＯｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＷｅｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄｔｈｅｎｏｖｅｌｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＰＬｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆＣｕＯｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｂｙｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｂａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ

ＣｕＯ，

ｗｈｉｃｈｍｉｇｈｔｂｅａｋｅｙｗａｙｔｏｌｅａｒｎａｎｄｒｅａｌｉｚｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｏｄｕｌｍｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌ

ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓ．３．ＵｌｔｒａｆａｓｔＰＬｓｐｅｃｔｒａｏｆＺｉｎｃＯｘｉｄｅ（ＺｎＯ）ｎａｎｏｗｉｒｅｐａｔｔｅｒｎｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，

ｃｏｍｐａｒｉｎｇ、析ｔｌｌｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｏｆＺｎＯｎａｎｏｗｉｒｅｓｆｉｌｍｓ．Ｗｅ

ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄｔｈｅｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ

ｂｌｕｅ·－ｓｈｉｆｔｏｆｔｈｅＺｎＯｐａａｅｍｓｗｈｉｃｈＷａｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｂｅｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆＢａｎｄ·—ｆｉｌｌｉｎｇ

ｅｆｆｅｃｔａｎｄｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｂａｒｒｉｅｒ，ａｎｄｗｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｅｐｈｅｎｏｍｅｎａｗｅｒｅ

ｂｒｏｕｇｈｔｂｙｔｈｅｐａｔｔｅｒｎｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＺｎＯｎａｎｏｗｉｒｅｓ．Ｔｈｅｓｅｗｏｒｋｓｍｉｇｈｔｇｉｖｅ

ｐｒｏｓｐｅｃｔｔｏｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｍｏｄｕｌｍｉｏｎｂｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｎｔｒｏｌｏｆ

ｍａｔｅｒｉａｌｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌ，ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｇｒｏｗｔｈｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｕｌｔｒａｆａｓｔｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ

ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ

ＩＶ原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式注明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：日期：２０１０年５月２８日学位论文使用授权声明本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。

学位论文作者签名：意珈记日期：＿Ｉｏ年‘月．７日导师签名：÷午了生

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学位论文作者签名：琥尝撕埏日期：矽ｆＤ年彭月ｐ日