Ag／Si-NPA基底上共吸附R6G和CV的表面增强拉曼散射

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为基底,采用浸渍沉积技术制备了具有较高表面增强拉曼散射(SERS)活性的Ag/Si-NPA衬底,并采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其表面形貌和结构进行了表征.在此基础上,选择罗丹明6G(R6G)和结晶紫(CV)2种生物染料分子并采用不同的混合吸附程序对其共吸附状态下的SERS光谱进行了探测.结果表明,当2种分子的溶液浓度均为10-7 mol/L时,无论采用何种浸渍吸附程序,其SERS谱中CV的特征拉曼峰都被R6G完全掩盖.对溶液采用错级配置(R6G和CV的浓度分别为10-9和10-7 mol/L)后,所测SERS谱上获得了分别对应于R6G和CV的分离良好、相对强度匹配、分辨率高的2个SERS特征峰组,从而有利于简化现实混合探测过程中对SERS特征峰的指认和判断.

基于Si-NPA的BaTiO_3薄膜的电容湿敏性能研究

采用溶胶-凝胶和旋涂技术制备了基于Si-NPA的BaTiO_3薄膜(BaTiO_3/Si-NPA).场发射扫描电镜和X射线衍射实验表明,钙钛矿结构BaTiO_3薄膜很好地覆盖了Si-NPA表面.通过蒸镀双面梳状电极,制作了电容型BaTiO_3/Si-NPA湿敏元件并对其湿敏性能进行了测试.结果表明,室温下湿敏元件在11%～95%RH范围内具有很高的灵敏度和较快的响应速度,且电容值的对数对湿度呈现出很好的线性.虽然该薄膜湿敏元件在不同湿度下均存在温度漂移,但分析表明这种漂移有可能通过电极设计或信号补偿加以解决.

BST/Si-NPA复合薄膜的湿敏电容特性研究

本文采用溶胶-凝胶法和旋涂工艺,以Si-NPA为衬底,制备了钛酸锶钡(BST)/Si-NPA复合薄膜,并对其形貌、结构及湿敏电容特性进行了研究。结果表明,环境的相对湿度(RH)、测试信号频率和退火温度均对湿敏电容特性具有较大影响。在100Hz的测试信号频率下,当环境的相对湿度从11%上升到95%时,BST/Si-NPA湿敏元件的电容增量可达起始值的4400%,显示出较高的湿度敏感性。同时,元件的响应时间和恢复时间均约为42s,表现出较快的时间响应和均衡的吸附/脱附。最后,通过复阻抗法讨论了元件的感湿机理。

沉积时间对Au/Si-NPA电学特性的影响

采用浸渍法在硅纳米孔柱阵列(Silicon Nanoporous Pillar Array,Si-NPA)衬底上制得了一系列金/硅纳米孔柱阵列(Au/Si-NPA),不同Au/Si-NPA所用沉积时间不同。通过测试分析所制Au/Si-NPA的I-V特性曲线,研究了沉积时间对Au/Si-NPA电学特性的影响。结果表明:在沉积时间小于30 min时,Au/Si-NPA的正向电流随沉积时间的延长而减小;而当沉积时间超过30 min时,Au/Si-NPA的正向电流随沉积时间的延长而增大。这种电学特性变化主要是由Au/Si-NPA的表面形貌及成分出现变化引起的。

WO_3/Si-NPA复合薄膜的电容湿度传感性能研究

制备了基于硅纳米孔柱阵列（Si—NPA）的WO3／Si—NPA复合薄膜，并对其表面形貌进行了表征，研究了其电容湿度传感性能和基点电容的温度漂移。研究表明：WO3／Si—NPA继承了衬底Si-NPA规则的阵列结构的表面形貌特征，WO3的沉积形成了连续的WO3薄膜，WO3／Si—NPA是一种典型的纳米复合薄膜。室温下，WO3／Si—NPA的电容值随测试频率的增加而单调减小，但其灵敏度则在100Hz时达到最大值。在此测试频率下，当环境的相对湿度从11％RH增加到95％RH时，元件的电容增量高达16000％，显示WO3／Si-NPA对环境湿度有较高的灵敏度。同时，电容的湿度响应曲线显示出很好的线性。对其基点电容的温度稳定性研究表明：WO3／Si—NPA用作湿度传感的最佳工作温度区为15-50℃。

Au/Si-NPA复合纳米体系的SERS增强能力研究

利用具有准周期结构的硅纳米孔柱阵列(silicon nanoprous pillar array,Si-NPA)为衬底使用浸渍法制备优化Au/Si-NPA活性基底。并利用最优化制备的Au/Si-NPA活性基底对罗丹明6G(Rhoda-mine 6G,R6G)进行探测,研究其表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering,SERS)光谱并对其增强原理进行解释。

退火对电容型硅纳米孔柱阵列湿度传感器性能的影响

基于硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)制备电容型湿度传感元件,并在250℃、450℃和550℃三个温度下对元件进行退火处理。测试数据显示,在测试温度低于550℃时,Si-NPA湿敏元件灵敏度随退火温度的升高而增大,但响应时间略微延长,湿滞回差略微增大;550℃退火后,元件的灵敏度急剧降低。采用场发射扫描电镜(FE-SEM)对不同温度退火的硅纳米孔柱阵列表面形貌进行观察,发现550℃退火元件的微观多孔结构发生了明显变化,即多孔结构致密化。结果表明,通过合适温度退火可以显著提高Si-NPA湿敏元件灵敏度,同时仍然保持较快的响应速度和较小的湿滞回差。

以硅纳米孔柱阵列为模板制备金纳米薄膜

采用浸渍技术,分别以新鲜和老化两组硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)衬底为模板制备了不同形貌特征的Au/Si-NPA。结果表明:造成两组衬底上形成的Au/Si-NPA形貌上的巨大差异主要是由于两组Si-NPA衬底表面氧含量的分布不同所致。进一步分析发现,Si-NPA在Au/Si-NPA的形成过程中既起到了模板作用,又起到了还原的双重作用。由于Si-NPA具有规则的阵列结构,从而使得金在Si-NPA表面上的沉积速率产生选择性,最终可以形成准周期的、规则的金纳米复合薄膜。

硅纳米孔柱阵列的场致电子发射

测试了用水热技术制备的硅纳米孔柱阵列(silicon nanoporous pillar array(简称Si-NPA))的场致发射性能。测试结果显示,Si-NPA的开启电场为约1.48V/μm;在5V/μm的外加电场下,其发射电流密度为28.6μA/cm2;在外加电场4.4V/μm时,其电流浮动率为13%。Si-NPA发射性能增强的原因是由于其独特的表面形貌和结构所致。

γ-Fe2O3/硅纳米孔柱阵列湿敏元件的湿敏性能研究

利用匀胶旋涂技术,将微乳-水热法制备出的、粒径均匀可控的γ-Fe2O3纳米颗粒沉积在具有独特微纳双重结构的硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)基片上,制成γ-Fe2O3/Si-NPA湿度传感元件,并对其进行湿度感应测试结果发现,当环境相对湿度(RH)从11%升高到95%时,该元件的电容和电阻分别呈高灵敏度的单值增加和单值降低。在100 Hz的电流频率下,元件的高湿电容值升为低湿电容值的12 500%,低湿电阻值是高湿电阻值的51 515%。分析表明,微乳-水热法对γ-Fe2O3纳米颗粒尺寸的控制以及Si-NPA衬底的独特结构是提高元件灵敏度的主要原因。

一种图案化镍/硅纳米复合体系的制备

以水热制备的具有规则表面形貌和结构的硅纳米孔柱阵列(Silicon Nanoporous Pillar Array,Si-NPA)为衬底,采用浸渍沉积技术并通过调控溶液中Ni2+的浓度,制备了表面具有不同图案化结构的镍/硅纳米孔柱阵列复合体系。分析表明,Ni2+浓度对Ni/Si-NPA表面形貌和结构有很大的影响:高的Ni2+浓度下制备的Ni/Si-NPA能够保持Si-NPA衬底的规则阵列结构特征;而低的Ni2+浓度下制备的Ni/Si-NPA其衬底规则的阵列结构几乎完全被破坏。优化了制备具有图案化结构特征的Ni/Si-NPA的实验条件,并对Ni/Si-NPA的形成机理进行了探讨。

金／硅纳米孔柱阵列的场发射

利用浸渍技术在硅纳米孔柱阵列(silicon nanoporous pillar array(简称Si-NPA))上制备了复合纳米薄膜Au/Si-NPA。测试了其场发射性能。测试结果显示,Au/Si-NPA的开启电场为约2V/μm;在7.59V/μm的外加电场下,其发射电流密度为67μA/cm2;在外加电压2000V时,其电流浮动率为21%。导致Au/Si-NPA优良的发射性能是由于其独特的表面形貌和结构所致。

沉积在硅纳米孔柱阵列上的金网络

采用浸渍技术在硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)衬底上沉积了金(Au),得到了Au的网络结构Au/Si-NPA。测试分析表明,将Au/Si-NPA进行600℃氧退火60min,退火前后的Au晶粒度分别为26.0nm和75.5nm。无论是在氧气还是在氮气气氛下对Au/Si-NPA进行600℃退火,Au都不会渗透到Si-NPA衬底内,而且也不会与硅反应形成化合物。说明Au可作为良好的互连材料应用到超大规模集成电路中。

钛酸锶钡/硅纳米孔柱阵列复合薄膜的制备及电学性能

采用溶胶-凝胶技术制备了钛酸锶钡薄膜(Ba0.7Sr0.3TiO3,BST)/硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)复合薄膜,扫描电镜显示BST均匀地覆盖在Si-NPA衬底的柱状表面,X射线衍射研究表明BST在600℃及以上退火温度下可形成钙钛矿相结构。剩余极化强度(Pr)和矫顽场(Ec)随着温度的升高而增大,在800℃退火温度下分别对应于4.57μC/cm2和7.61kV/mm。机理研究表明,肖特基发射和空间电荷限制电流两种机理共同作用于该薄膜材料的漏电流形成过程。

基于硅纳米孔柱阵列的Zn掺杂CdS纳米晶光学特性研究

利用化学水浴法在硅纳米孔柱陈列(Si-NPA)上沉积了硫化镉(CdS)纳米晶,制得硫化镉/硅纳米孔柱阵列(CdS/Si-NPA)纳米异质结,并对非掺杂和锌(Zn)掺杂CdS/Si-NPA进行表征。研究结果表明:CdS/Si-NPA的结构保持了Si-NPA的规则阵列结构,通过加入一定量的氯化锌,实现了Zn对CdS的掺杂,Zn掺杂后的CdS晶粒大小由约18.1nm减小为约17.6nm,Zn的掺入导致了CdS/Si-NPA的光学带隙由约2.45eV增大到约2.49eV,Zn的掺杂能有效调控CdS带隙。

硅纳米孔柱阵列的酒敏特性研究

采用水热腐蚀技术制备了表面同时具有规则阵列结构和多孔结构的硅微米/纳米结构复合体系硅纳米孔柱阵列(S i-NPA),并测试了其电阻酒敏特性。结果表明:S i-NPA对酒精具有较高的灵敏度和较快的响应时间。S i-NPA良好的酒精敏感性能被归因于S i-NPA的表面结构,即高灵敏度来自于其巨大的比表面积对酒精分子的物理吸附,而快响应时间则来源于其表面规则的硅柱阵列为气体的传输提供有效的通道。S i-NPA独特的层次结构使其有可能在未来硅基薄膜传感器等方面得到应用。

制备条件对硅纳米孔柱阵列表面硅柱密度调制

采用水热技术制备的硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)是一种具有规则层次结构的硅微米/纳米结构复合体系,具有广谱光吸收和光致发光特性。针对由HF和Fe(NO3)3组成的水热腐蚀溶液体系,研究了溶液组分浓度、腐蚀温度等制备条件对Si-NPA表面硅柱密度及其光致发光性能(PL)的调制作用。结果表明,当腐蚀温度、HF(或Fe3+)浓度固定而变化Fe3+(或HF)浓度时,硅柱面密度随HF(或Fe3+)浓度的增加呈指数减小趋势,但样品的PL峰位保持不变;当溶液中Fe3+,HF浓度固定时,硅柱面密度随腐蚀温度的升高而单调减小,同时样品的PL峰位发生蓝移、发光强度增强。

ZnO/Si纳米孔柱阵列的真空蒸镀及其光致发光特性

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,通过采用真空蒸镀技术沉积金属锌,再在纯氧气氛中进行氧化退火的方法,制备出具有阵列特征的ZnO/Si-NPA异质结构材料。研究发现,ZnO/Si-NPA的表面形貌、结构和光致发光特性强烈依赖于氧化退火温度。当氧化退火温度低于400℃时,样品的发光主要来自于Si-NPA衬底;当氧化退火温度高于700℃时,样品的发光主要来自于ZnO薄膜;经过600℃氧化退火的样品则同时包含有来自于Si-NPA和ZnO薄膜的发光。上述结果表明,通过控制ZnO/Si-NPA制备过程中的氧化退火温度,可以在一定程度上实现对其光致发光谱的有效调控。这对未来制备具有特定功能的半导体光电器件具有重要的实际意义。

银在硅纳米孔柱阵列上浸渍沉积的位置选择性

利用硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)表面规则的图案化形貌和还原性,采用浸渍沉积技术制备了具有三种不同表面结构特征的Ag/Si-NPA复合纳米体系。在未经清洗的Si-NPA衬底,沉积银的形貌为树枝状;在新鲜衬底和自然老化衬底上,银的沉积都会形成规则的手链网络;而经过强氧化处理的衬底上则不能实现银的浸渍沉积。分析表明,Si-NPA表面的规则阵列和多孔结构等几何构型,在样品的后处理过程中将导致样品表面氧化程度随空间几何位置出现周期性梯度分布,从而对浸渍溶液中银离子在不同几何特征区域的还原、成核及生长模式产生控制作用,最终导致了银在Si-NPA表面浸渍沉积的位置选择性。本研究为采用浸渍沉积技术制备周期性、图案化的金属/硅复合纳米体系,研究其物理性能并探索其可能的器件应用奠定了基础。

沉积于硅纳米孔柱阵列上的铜纳米颗粒退火行为研究

以具有规则表面形貌的硅纳米孔柱阵列(Silicon Nanoporous Pillar Array,Si-NPA)作为还原性衬底和组装模板,采用浸渍技术制备了铜/Si-NPA(Cu/Si-NPA)纳米复合体系。将新鲜制备的Cu/Si-NPA样品分别在400°C、600°C和800°C氮气气氛中退火,对比研究了沉积于Si-NPA衬底之上的铜纳米颗粒的表面形貌、晶粒尺寸随温度的演化规律。在较低、较高温度下退火时,铜纳米颗粒所发生的定向迁移、颗粒长大及中心凝聚现象分别在Ostwald成熟理论和团簇扩散理论的框架下得到了解释。