GaN納米線的制備及在納米發(fā)電機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用.pdf

1、氮化鎵(GaN)納米材料具有寬帶隙，高熱導(dǎo)率，穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，較大的飽和電子漂移速度等優(yōu)良特點(diǎn)，它是Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體的代表。這些優(yōu)良的特點(diǎn)使GaN納米材料可以廣泛的應(yīng)用于高亮度LED、藍(lán)光激光器、紫外探測(cè)器、大功率耐熱器件。此外，由于非極性GaN材料可以消除壓電極化氮化物發(fā)光器件輻射復(fù)合效率和發(fā)射波長(zhǎng)藍(lán)移。制備非極性氮化鎵材料，氮化鎵材料，已經(jīng)成為一個(gè)新的研究重點(diǎn)。
　　 本論文采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)，在硅(Si)和藍(lán)寶石(

2、Al2O3)襯底上制備了一維GaN納米線，系統(tǒng)研究了GaN納米線的生長(zhǎng)機(jī)制、微結(jié)構(gòu)及元素組成，并在此基礎(chǔ)上開展了可利用電磁輻射能發(fā)電的新型GaN納米發(fā)電機(jī)的研究，研究在GaN納米線制備參數(shù)及應(yīng)用上都取得了一些新進(jìn)展。研究結(jié)果為我們下一步開展GaN納米線器件組裝及應(yīng)用都打下了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 本論文主要工作及結(jié)果如下：
　　 第一，采用CVD生長(zhǎng)法，以金為催化劑，分別在硅(Si)和藍(lán)寶石(Al2O3)襯底上制備了一維

3、GaN納米線陣列，研究了生長(zhǎng)溫度及原料配比對(duì)生長(zhǎng)的GaN納米線微結(jié)構(gòu)、元素配比及特性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Al2O3襯底易于GaN納米線陣列的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)的GaN納米線多為棒狀，其晶格匹配較好，納米線表面光滑，結(jié)構(gòu)中缺陷較少，生長(zhǎng)的GaN納米線為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，納米線的直徑約為600nm，長(zhǎng)度約為8-12μm；Si襯底上生長(zhǎng)的納米線低溫下呈棉絮狀，較高溫度下呈魚骨狀，生長(zhǎng)的GaN納米線雜亂無(wú)序，線的長(zhǎng)度隨溫度的升高而增加，平均直徑約為170

4、nm-200nm，長(zhǎng)度可達(dá)幾十至上百微米，隨著納米線長(zhǎng)度的變長(zhǎng)，GaN納米線易于傾倒，導(dǎo)致基片上GaN納米線雜亂無(wú)序。研究表明，1000℃下生長(zhǎng)的GaN納米線質(zhì)量最好。
　　 第二，XRD分析結(jié)果表明，采用CVD生長(zhǎng)方法制備的GaN納米線，有三個(gè)主要的20衍射峰，分別對(duì)應(yīng)于GaN的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的(100)、(002)和(101)晶面，XRD衍射峰中還發(fā)現(xiàn)了金催化劑(111)晶面的特征峰。經(jīng)比較可知，在Al2O3襯底上生長(zhǎng)的Ga

5、N納米線各特征譜峰強(qiáng)度較Si襯底上生長(zhǎng)的納米線更強(qiáng)，由此可知，Al2O3襯底上更利于GaN納米線的生長(zhǎng)，這是由于GaN納米材料與Al2O3的品格匹配度更高決定的。
　　 PL譜圖分析表明，在不同條件下生長(zhǎng)的GaN納米線，PL譜圖總體變化趨勢(shì)基本相同，其PL譜圖在530nm附近均出現(xiàn)一個(gè)較強(qiáng)的黃光發(fā)射峰，該發(fā)光峰與深能級(jí)雜質(zhì)及深能級(jí)缺陷有關(guān)，一般認(rèn)為是由導(dǎo)帶或淺施主到深能級(jí)間的躍遷引起的。
　　 第三，采用CVD法在Si襯

6、底上制備生長(zhǎng)的GaN納米線陣列，使用不同金屬(Cu，Al)電極作為接觸電極組裝了一種新型納米發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)可將電磁輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并輸出電流。經(jīng)研究分析，發(fā)現(xiàn)這種納米線發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理為電磁信號(hào)經(jīng)連接納米線與金屬電極的連線組成的對(duì)稱陣子天線將耦合到其上的電磁輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流電，另一方面GaN線與金屬接觸電極之間形成的肖特基結(jié)形成一個(gè)可使電流單向?qū)ǖ男ぬ鼗鶆?shì)壘，將周期性變化交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏鬏敵?。研究表明，電磁輻射信?hào)源與