衬底位置对化学气相沉积法制备的磷掺杂p型ZnO纳米材料形貌和特性的影响

冯秋菊; 许瑞卓; 郭慧颖; 徐坤; 李荣; 陶鹏程; 梁红伟; 刘佳媛; 梅艺赢

doi:10.7498/aps.63.168101

摘要

采用化学气相沉积方法，在无催化剂的条件下，通过改变衬底位置在Si（100）衬底上制备出了高取向的磷掺杂ZnO纳米线和纳米钉. 测试结果表明，当衬底位于反应源上方1.5 cm处时，所制备的样品为钉状结构，而当衬底位于反应源下方1 cm处时样品为线状结构. 对不同形貌磷掺杂ZnO纳米结构的生长机理进行了研究. 此外，在ZnO纳米结构的低温光致发光谱中观测到了一系列与磷掺杂相关的受主发光峰. 还对磷掺杂ZnO纳米结构/n-Si异质结I-V 曲线进行了测试，结果表明，该器件具有良好的整流特性，纳米线和纳米钉异质结器件的开启电压分别为4.8和3.2 V.

关键词:

Abstract

One-dimensional phosphorus doped ZnO nanowires and nanonails are prepared on Si substrate without employing any metal catalyst by chemical vapor deposition method. Field-emission scanning electron microscopy shows that the samples located downstream 1.5 cm away from the source material are of nanowire structure and located 1 cm above source materials of nanonail structure, and the growth mechanisms of phosphorus doped ZnO nanostructures with different morphologies are discussed. The photoluminescence properties of phosphorus doped ZnO nanowires and nanonails are studied at a temperature of 10 K. The phosphorus related acceptor emissions are observed. Furthermore, the current-voltage (I-V) measurement based on the ZnO nanostructures/Si heterojunctions shows a typical semiconductor rectification characteristic with positive open electric fields being 4.8 and 3.2 V, respectively.

Keywords:

作者及机构信息

1.
辽宁师范大学物理与电子技术学院, 大连 116029;

2.
大连民族学院理学院预科部, 大连 116600;

3.
大连理工大学物理与光电工程学院, 大连 116024

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：10804040，11004020）、辽宁省博士科研启动基金（批准号：20101061）、大连市自然科学基金（批准号：2010J21DW020）和中国科学院空间激光通信及检验技术重点实验室开放基金（批准号：KJJG10-1）资助的课题.

Authors and contacts

1.
School of Physics and Electronic Technology, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China;

2.
Preparatory Department, School of Science, Dalian Nationalities University, Dalian 116600, China;

3.
School of Physics and Optoelectronic Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10804040, 11004020), the Doctoral Scientific Research Starting Foundation of Liaoning Province, China (Grant No. 20101061), the Natureal Science Foundation of Dalian, China (Grant No. 2010J21DW020), and the Open Foundation of Key Laboratory of Space Laser Communication and Testing Technology of Chinese Academy of Sciences, China (Grant No. KJJG10-1).

参考文献

[1]	Chen X M, Gao X Y, Zhang S, Liu H T 2013 Acta Phys. Sin. 62 049102 (in Chinese) [陈先梅, 郜小勇, 张飒, 刘红涛 2013 62 049102]
[2]	Feng Q J, Jiang J Y, Tang K, L J Y, Liu Y, Li R, Guo H Y, Xu K, Song Z, Li M K 2013 Acta Phys. Sin. 62 057802 (in Chinese) [冯秋菊, 蒋俊岩, 唐凯, 吕佳音, 刘洋, 李荣, 郭慧颖, 徐坤, 宋哲, 李梦轲 2013 62 057802]
[3]	Song Z M, Zhao D X, Guo Z, Li B H, Zhang Z Z, Shen D Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 052901 (in Chinese) [宋志明, 赵东旭, 郭振, 李炳辉, 张振中, 申德振 2012 61 052901]
[4]	Xiang B, Wang P W, Zhang X Z, Dayeh S A, Aplin D P R, Soci C, Yu D P, Wang D L 2007 Nano Lett. 7 323
[5]	Yuan G D, Zhang W J, Jie J S, Fan X, Zapien J A, Leung Y H, Luo L B, Wang P F, Lee C S, Lee S T 2008 Nano Lett. 8 2591
[6]	Liu W, Xiu F X, Sun K, Xie Y H, Wang K L, Wang Y, Zou J, Yang Z, Liu J L 2010 J. Am. Chem. Soc. 132 2498
[7]	Umar A, Hahn Y B 2006 Appl. Phys. Lett. 88 173120
[8]	Li W J, Shi E W, Zhong W Z, Yin Z W 1999 J. Cryst. Growth 203 186
[9]	Fan D H, Zhang R, Wang X H 2010 Physica E 42 2081
[10]	Xiu F X, Yang Z, Mandalapu L J, Zhao D T, Liu J L 2005 Appl. Phys. Lett. 87 252102
[11]	Geng C, Jiang Y, Yao Y, Meng X, Zapien J A, Lee C S, Lifshitz Y, Lee S T 2004 Adv. Funct. Mater. 14 589
[12]	Feng Q J, Hu L Z, Liang H W, Feng Y, Wang J, Sun J C, Zhao J Z, Li M K, Dong L 2010 Appl. Surf. Sci. 257 1084
[13]	Shan C X, Liu Z, Hark S K 2008 Appl. Phys. Lett. 92 073103
[14]	Zang C Y, Zang C H, Wang B, Jia Z X, Yue S R, Li Y S, Yang H Q, Zhang Y S 2011 Physica B 406 3479
[15]	Li J C, Li Y F, Yao B, Xu Y, Long S W, Liu L, Zhang Z Z, Zhang L G, Zhao H F, Shen D Z 2013 J. Chem. Phys. 138 034704
[16]	Cao B Q, Lorenz M, Rahm A, von Wenckstern H, Czekalla C, Lenzner J, Benndorf G, Grundmann M 2007 Nanotechnology 18 455707

施引文献

[1]	Chen X M, Gao X Y, Zhang S, Liu H T 2013 Acta Phys. Sin. 62 049102 (in Chinese) [陈先梅, 郜小勇, 张飒, 刘红涛 2013 62 049102]
[2]	Feng Q J, Jiang J Y, Tang K, L J Y, Liu Y, Li R, Guo H Y, Xu K, Song Z, Li M K 2013 Acta Phys. Sin. 62 057802 (in Chinese) [冯秋菊, 蒋俊岩, 唐凯, 吕佳音, 刘洋, 李荣, 郭慧颖, 徐坤, 宋哲, 李梦轲 2013 62 057802]
[3]	Song Z M, Zhao D X, Guo Z, Li B H, Zhang Z Z, Shen D Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 052901 (in Chinese) [宋志明, 赵东旭, 郭振, 李炳辉, 张振中, 申德振 2012 61 052901]
[4]	Xiang B, Wang P W, Zhang X Z, Dayeh S A, Aplin D P R, Soci C, Yu D P, Wang D L 2007 Nano Lett. 7 323
[5]	Yuan G D, Zhang W J, Jie J S, Fan X, Zapien J A, Leung Y H, Luo L B, Wang P F, Lee C S, Lee S T 2008 Nano Lett. 8 2591
[6]	Liu W, Xiu F X, Sun K, Xie Y H, Wang K L, Wang Y, Zou J, Yang Z, Liu J L 2010 J. Am. Chem. Soc. 132 2498
[7]	Umar A, Hahn Y B 2006 Appl. Phys. Lett. 88 173120
[8]	Li W J, Shi E W, Zhong W Z, Yin Z W 1999 J. Cryst. Growth 203 186
[9]	Fan D H, Zhang R, Wang X H 2010 Physica E 42 2081
[10]	Xiu F X, Yang Z, Mandalapu L J, Zhao D T, Liu J L 2005 Appl. Phys. Lett. 87 252102
[11]	Geng C, Jiang Y, Yao Y, Meng X, Zapien J A, Lee C S, Lifshitz Y, Lee S T 2004 Adv. Funct. Mater. 14 589
[12]	Feng Q J, Hu L Z, Liang H W, Feng Y, Wang J, Sun J C, Zhao J Z, Li M K, Dong L 2010 Appl. Surf. Sci. 257 1084
[13]	Shan C X, Liu Z, Hark S K 2008 Appl. Phys. Lett. 92 073103
[14]	Zang C Y, Zang C H, Wang B, Jia Z X, Yue S R, Li Y S, Yang H Q, Zhang Y S 2011 Physica B 406 3479
[15]	Li J C, Li Y F, Yao B, Xu Y, Long S W, Liu L, Zhang Z Z, Zhang L G, Zhao H F, Shen D Z 2013 J. Chem. Phys. 138 034704
[16]	Cao B Q, Lorenz M, Rahm A, von Wenckstern H, Czekalla C, Lenzner J, Benndorf G, Grundmann M 2007 Nanotechnology 18 455707

[1]	杨瑞龙, 张钰樱, 杨柯, 姜琦涛, 杨晓婷, 郭金中, 许小红. 二维钒掺杂Cr₂S₃纳米片的生长与磁性研究. , 2024, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.73.20231229
[2]	杨瑞龙, 张钰樱, 杨柯, 姜琦涛, 杨晓婷, 郭金中, 许小红. 二维钒掺杂Cr₂S₃纳米片的生长与磁性研究. , 2023, 72(24): 247501. doi: 10.7498/aps.72.20231229
[3]	陈上峰, 孙乃坤, 张宪民, 王凯, 李武, 韩艳, 吴丽君, 岱钦. Mn₃As₂掺杂Cd₃As₂纳米结构的制备及热电性能. , 2022, 71(18): 187201. doi: 10.7498/aps.71.20220584
[4]	魏江涛, 杨亮亮, 秦源浩, 宋培帅, 张明亮, 杨富华, 王晓东. 低维纳米材料热电性能测试方法研究. , 2021, 70(4): 047301. doi: 10.7498/aps.70.20201175
[5]	王铄, 王文辉, 吕俊鹏, 倪振华. 化学气相沉积法制备大面积二维材料薄膜: 方法与机制. , 2021, 70(2): 026802. doi: 10.7498/aps.70.20201398
[6]	王晓愚, 毕卫红, 崔永兆, 付广伟, 付兴虎, 金娃, 王颖. 基于化学气相沉积方法的石墨烯-光子晶体光纤的制备研究. , 2020, 69(19): 194202. doi: 10.7498/aps.69.20200750
[7]	冯秋菊, 石博, 李昀铮, 王德煜, 高冲, 董增杰, 解金珠, 梁红伟. 单根Sb掺杂ZnO微米线非平衡电桥式气敏传感器的制作与性能. , 2020, 69(3): 038102. doi: 10.7498/aps.69.20191530
[8]	张晓波, 青芳竹, 李雪松. 化学气相沉积石墨烯薄膜的洁净转移. , 2019, 68(9): 096801. doi: 10.7498/aps.68.20190279
[9]	冯秋菊, 李芳, 李彤彤, 李昀铮, 石博, 李梦轲, 梁红伟. 外电场辅助化学气相沉积方法制备网格状β-Ga2O3纳米线及其特性研究. , 2018, 67(21): 218101. doi: 10.7498/aps.67.20180805
[10]	王彬, 冯雅辉, 王秋实, 张伟, 张丽娜, 马晋文, 张浩然, 于广辉, 王桂强. 化学气相沉积法制备的石墨烯晶畴的氢气刻蚀. , 2016, 65(9): 098101. doi: 10.7498/aps.65.098101
[11]	邢兰俊, 常永勤, 邵长景, 王琳, 龙毅. Sn掺杂ZnO薄膜的室温气敏性能及其气敏机理. , 2016, 65(9): 097302. doi: 10.7498/aps.65.097302
[12]	马立安, 郑永安, 魏朝晖, 胡利勤, 郭太良. 合成温度和N2/O2流量比对碳纤维衬底上生长的SnO2纳米线形貌及场发射性能影响. , 2015, 64(23): 237901. doi: 10.7498/aps.64.237901
[13]	王浪, 冯伟, 杨连乔, 张建华. 化学气相沉积法制备石墨烯的铜衬底预处理研究. , 2014, 63(17): 176801. doi: 10.7498/aps.63.176801
[14]	王文荣, 周玉修, 李铁, 王跃林, 谢晓明. 高质量大面积石墨烯的化学气相沉积制备方法研究. , 2012, 61(3): 038702. doi: 10.7498/aps.61.038702
[15]	韩道丽, 赵元黎, 赵海波, 宋天福, 梁二军. 化学气相沉积法制备定向碳纳米管阵列. , 2007, 56(10): 5958-5964. doi: 10.7498/aps.56.5958
[16]	郭平生, 陈婷, 曹章轶, 张哲娟, 陈奕卫, 孙卓. 场致发射阴极碳纳米管的热化学气相沉积法低温生长. , 2007, 56(11): 6705-6711. doi: 10.7498/aps.56.6705
[17]	曾湘波, 廖显伯, 王　博, 刁宏伟, 戴松涛, 向贤碧, 常秀兰, 徐艳月, 胡志华, 郝会颖, 孔光临. 等离子体增强化学气相沉积法实现硅纳米线掺硼. , 2004, 53(12): 4410-4413. doi: 10.7498/aps.53.4410
[18]	闫小琴, 刘祖琴, 唐东升, 慈立杰, 刘东方, 周振平, 梁迎新, 袁华军, 周维亚, 王刚. 衬底对化学气相沉积法制备氧化硅纳米线的影响. , 2003, 52(2): 454-458. doi: 10.7498/aps.52.454
[19]	闫桂沈, 李贺军, 郝志彪. 热解碳化学气相沉积中的多重定态和非平衡相变的研究. , 2002, 51(2): 326-331. doi: 10.7498/aps.51.326
[20]	陈小华, 吴国涛, 邓福铭, 王健雄, 杨杭生, 王淼, 卢筱楠, 彭景翠, 李文铸. 射频等离子体辅助化学气相沉积方法生长碳纳米洋葱. , 2001, 50(7): 1264-1267. doi: 10.7498/aps.50.1264

计量

文章访问数: 6078
PDF下载量: 473
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板