硅基釩應(yīng)變層制備氮化鎵及氧化鎵一維納米結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們要求材料具有更優(yōu)越的物理性能，且器件的尺寸越來越微型化，這些都促使現(xiàn)代凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)的研究在低維材料方面產(chǎn)生了極大的興趣。低維材料的研究目的主要有三個(gè)方面：(1)對(duì)發(fā)生在三維材料中的一些物理現(xiàn)象進(jìn)行簡化描述；(2)對(duì)低維材料的奇特物理現(xiàn)象及其性能的發(fā)現(xiàn)；(3)由低維材料組成新的人工三維材料。自從1991年，日本科學(xué)家S．Iijima在石墨電極電弧放電的陰極沉積物中發(fā)現(xiàn)了碳納米管以來，以其為代表的一系列準(zhǔn)

2、一維納米材料一納米管、納米線被相繼合成出來。這些準(zhǔn)一維納米材料之所以吸引了眾多研究者的興趣，一方面是由于它們具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，另一方面，當(dāng)材料的尺寸小到一定程度時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出一系列不同于體材料的新穎的物理性質(zhì)，如電學(xué)性質(zhì)中的量子干涉效應(yīng)、光學(xué)性質(zhì)中的量子限制效應(yīng)(藍(lán)移)、力學(xué)性能的極大提高等等。因此，納米材料不論對(duì)基礎(chǔ)理論研究，還是對(duì)納米器件的制備和應(yīng)用來說，都具有十分重要的意義。對(duì)于前者而言，一維納米材料的合成，使介觀尺度的物理現(xiàn)象的直接

3、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證成為可能。準(zhǔn)一維材料的研究的更大吸引力在于，它們可能是將來制造納米器件的良好材料。以納米碳管為例，它已被證明可用作高亮度的場(chǎng)發(fā)射電子源、納米導(dǎo)線、納米試管、納米探針以及用來稱量極小顆粒的“納米稱”；單層納米碳管更被發(fā)現(xiàn)具有超導(dǎo)電性；利用納米碳管和硅納米線制備的M-S納米異質(zhì)結(jié)器件，具有金屬一半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)二極管的整流效應(yīng)。 GaN是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，室溫下帶隙是3.4 eV，是制備藍(lán)、綠發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器的理想

4、材料。理論和實(shí)驗(yàn)都證明，GaN的納米結(jié)構(gòu)可以顯著提高其藍(lán)、綠光的發(fā)光性質(zhì)，為制備更高集成化的高質(zhì)量光電子器件奠定了基礎(chǔ)。 Ga2O3是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，能隙寬度Eg=4.9 eV，其導(dǎo)電性能和發(fā)光特性長期以來一直引起人們的關(guān)注。Ga203有5種不同的形式，即α-,β-,γ-,δ-，ε-Ga2O3。其中，在室溫下具有單斜結(jié)構(gòu)的β-Ga2O3最為穩(wěn)定。β-Ga2O3是一種透明的氧化物半導(dǎo)體材料，在光電子器件方面有廣闊的應(yīng)用前景，

5、被用作Ga基半導(dǎo)體材料的絕緣層，以及紫外線濾光片。 本文采用氨化磁控濺射Ga2O3,/V薄膜的方法在硅襯底上合成了GaN納米結(jié)構(gòu)和Ga203納米結(jié)構(gòu)。通過研究不同生長條件對(duì)制備GaN納米結(jié)構(gòu)和Ga2O3納米結(jié)構(gòu)的影響，初步提出并探討了此方法合成GaN納米結(jié)構(gòu)和Ga2O3納米結(jié)構(gòu)的生長機(jī)制。 (1)我們利用磁控濺射系統(tǒng)先在Si襯底上制備Ga2O3/V薄膜，接著在氨氣氣氛中退火制備GaN納米結(jié)構(gòu)。用X射線衍射(XRD)、傅里

6、葉紅外吸收譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、光致發(fā)光譜(PL)和高分辨透射電鏡(HRTEM)等測(cè)試手段詳細(xì)分析了GaN納米材料的結(jié)構(gòu)、組分、形貌和發(fā)光特性。結(jié)果表明：合成的納米結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN；氨化溫度和時(shí)間都對(duì)一維GaN納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶質(zhì)量和形貌產(chǎn)生很大的影響。隨著氨化溫度的升高，納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶質(zhì)量逐漸變好，直徑逐漸變大，但當(dāng)氨化溫度升高到1000℃時(shí)，納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶質(zhì)量開始下降，數(shù)量開始

7、減少。GaN納米結(jié)構(gòu)的生長機(jī)制可歸結(jié)為氣體一固體(VS)生長機(jī)制，其中緩沖層V使Si表面的表面能分布不再均勻，對(duì)GaN納米線的生長起到重要作用。 (2)我們利用磁控濺射系統(tǒng)在Si襯底上制備Ga2O3/V薄膜，增加了中間層V的厚度，接著在氨氣氣氛中退火制備Ga2O3納米結(jié)構(gòu)。用X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外吸收譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)和高分辨透射電鏡(HRTEM)等測(cè)試手段詳細(xì)分析了Ga2O3納米材料的結(jié)構(gòu)、組分