非晶GaN薄膜的制備及性能和碳納米管的LB排布.pdf

1、本論文分兩個部分：第一部分對非晶氮化鎵(a-GaN)薄膜的制備與光學性能進行了研究；第二部分探索了采用Langmuir-Blodgett(LB)技術(shù)對單壁碳納米管的排布和機理。 近年來，以GaN為代表的第三代半導體材料由于其獨特的物理特性和在光電應(yīng)用領(lǐng)域的潛力成為科學研究的熱點和前沿。本文研究了a-GaN材料的制備方法及其光學性能，具有重要的理論價值與現(xiàn)實意義。獲得了以下幾方面研究結(jié)果。 采用直流反應(yīng)濺射方法在不同的Ar

2、分壓、不同的基片溫度下制備了a-GaN薄膜，并進行了不同氣氛和不同溫度下的退火處理。 利用多種結(jié)構(gòu)與性能分析手段對薄膜的結(jié)構(gòu)與光學性能進行了表征，表明GaN薄膜為非晶結(jié)構(gòu)，薄膜中的主要化學鍵為Ga-N鍵。光致發(fā)光譜中360 nm處的發(fā)光峰來自a-GaN的帶.帶躍遷，在可見光區(qū)沒有發(fā)光峰，表明a-GaN的帶隙態(tài)密度很低。 由UV-Vis譜得到了薄膜的吸收光譜、光學帶隙、折射系數(shù)和消光系數(shù)。采用基于量子微擾理論的方程對于Ur

3、bach帶尾進行擬合，得到與實驗相符的擬合結(jié)果，擬合參數(shù)數(shù)值表明a-GaN具有寬的帶隙、低的折射率和大的Urbach帶尾。用橢偏光譜儀直接測量了薄膜的折射率，表明薄膜為非晶結(jié)構(gòu)。 研究了Ar對a-GaN薄膜性質(zhì)的影響。結(jié)果表明：Ar分量對薄膜的沉積速率具有較大影響；薄膜在可見光區(qū)的透過率、光學帶隙都隨Ar分量的增加而減小，表明薄膜中存在未成鍵金屬性Ga；吸收系數(shù)在低能范圍的值較小，表明a-GaN在禁帶的態(tài)密度很低；描述吸收躍遷寬

4、度的特征能量參數(shù)數(shù)值表明a-GaN的帶尾比單晶GaN更寬。 研究了基片溫度對薄膜性質(zhì)的影響，結(jié)果表明：基片溫度較高的薄膜形態(tài)為納米GaN顆粒鑲嵌在非晶GaN薄膜中，結(jié)晶性更好；隨基片溫度升高，薄膜的光學帶隙明顯變小，且基片溫度較低時禁帶中缺陷態(tài)較多。 研究了不同氣氛下、不同溫度下的退火處理對薄膜光學性質(zhì)的影響。隨著退火溫度的升高，在O2氣氛下退火后光學帶隙逐漸變小，且吸收邊變陡峭。而NH3、N2退火對薄膜的光學性質(zhì)影響較

5、小。 碳納米管作為一維納米材料以其優(yōu)異的性質(zhì)在光電器件領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，通常方法制備的碳納米管具有雜質(zhì)，且無序排列，如何實現(xiàn)其純化和大范圍排列以適應(yīng)未來光電器件的大規(guī)模集成化要求，是亟待解決的問題。本文正是針對這一問題，對單壁碳納米管進行了提純、功能化，并利用LB技術(shù)的液面排布轉(zhuǎn)移法實現(xiàn)了碳納米管沿著軸向大面積定向排列。得到了如下結(jié)論。 對電弧放電法制備的單壁碳納米管純化工藝進行了探索。表面活性劑十二烷基硫酸

6、鈉可有效剝離吸附在碳納米管上的雜質(zhì)。稀硝酸中溫度較低的緩慢反應(yīng)能減少對碳納米管的腐蝕破壞。研究了高溫氧化對于單壁碳納米管的純化作用。采用改進的純化工藝獲得的單壁碳納米管管壁光滑，斷管碎管少，結(jié)構(gòu)完美，對稱性好，純度好。 對混酸(濃硫酸與濃硝酸)剪切單壁碳納米管的研究表明：隨著反應(yīng)時間的增加，碳納米管的長度減??；且反應(yīng)時間越長，碳納米管受到的腐蝕越大。 經(jīng)酰氯化和直接加熱反應(yīng)兩種方法，在單壁碳納米管表面分別嫁接了十八烷基胺

7、，獲得了溶于有機溶劑的單壁碳納米管。對嫁接機理進行了討論。 采用LB工藝，用壓縮.轉(zhuǎn)移法在大面積的基片上制備了取向一致的碳納米管的單層膜和多層膜。首次建立了單壁碳納米管單層膜在亞相水面上受壓運動的力學模型，對有序排列的機理進行了初步探索。對成膜的影響因素，包括溫度、膜壓、壓縮速度、接觸角、碳納米管的長度等進行了研究和機理分析。通過多次轉(zhuǎn)移獲得層數(shù)可控、沉積質(zhì)量良好的單壁碳納米管多層膜。紫外-可見吸收譜表明隨著層數(shù)的增加，薄膜對紫