2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、寬帶隙化合物半導(dǎo)體GaN因獨(dú)特的光電性能而被廣泛地應(yīng)用于制備發(fā)光二極管、激光器、太陽能電池等光電器件。本課題采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)(CVD)在硅納米孔柱陣列(Si-NPA)襯底上直接生長GaN制備了GaN/Si-NPA納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)陣列,實(shí)現(xiàn)了黃光、近紅外電致發(fā)光。本文研究了作為催化劑鉑的不同沉積時(shí)間、生長溫度、氨氣壓強(qiáng)、退火等制備條件對(duì)GaN/Si-NPA納米異質(zhì)結(jié)的形貌結(jié)構(gòu)、積分反射特性、伏安特性、光致發(fā)光特性、電致發(fā)光特性的影響。主要

2、取得了以下結(jié)果:
  1.GaN/Si-NPA的制備及其形貌、結(jié)構(gòu)表征
  本文以金屬鉑為催化劑,Si-NPA為襯底,采用CVD技術(shù)制得GaN/Si-NPA納米異質(zhì)結(jié),沉積GaN后其表面形貌保持了Si-NPA陣列結(jié)構(gòu)。隨著沉積鉑時(shí)間的延長,GaN的形貌由納米顆粒膜逐漸演變成顆粒膜與納米線的混合形式。升高生長溫度或增加氨氣壓強(qiáng),也有相同的趨勢(shì)。XRD圖譜說明生長的GaN是六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。由謝樂公式計(jì)算可知,隨著沉積鉑時(shí)間的延長

3、、生長溫度的升高或氨氣壓強(qiáng)的增大均能使GaN晶粒的尺寸增大。經(jīng)800℃退火1個(gè)小時(shí)處理,GaN的形貌基本不發(fā)生改變,但是晶粒尺寸略有增大。
  2.GaN/Si-NPA的積分光反射特性
  隨著沉積鉑時(shí)間的延長,GaN/Si-NPA的反射率逐漸增大,升高生長溫度或增大氨氣壓強(qiáng),樣品的反射率也呈增大趨勢(shì)。所有樣品在~360nm處均有一個(gè)明顯的吸收邊。當(dāng)沉積的GaN的納米晶粒尺寸較小時(shí),相對(duì)較多的光子被GaN或Si-NPA吸收或

4、透射出去,相對(duì)較少的光子被GaN反射回去,此時(shí)樣品的反射率較低;當(dāng)GaN納米晶粒尺寸較大時(shí),相對(duì)較少的光子被GaN或Si-NPA吸收或透射出去,相對(duì)較多的光子被GaN反射回去,此時(shí)樣品的反射率較高。延長沉積鉑時(shí)間、升高生長溫度或增加氨氣壓強(qiáng)均會(huì)使GaN納米晶粒尺寸增大,所以其反射率升高。
  3.GaN/Si-NPA的光致發(fā)光特性
  樣品的光致發(fā)光譜中有一個(gè)位于~370nm處的GaN的帶邊發(fā)射峰和一個(gè)位于~550nm處的寬

5、的黃光發(fā)光峰,后者源于晶體內(nèi)的缺陷能級(jí)。延長沉積鉑時(shí)間,兩個(gè)發(fā)光峰的峰強(qiáng)均增強(qiáng)。這是因?yàn)檠娱L沉積鉑時(shí)間可使GaN的沉積量增大,使得GaN的本征峰及黃光發(fā)光峰均增強(qiáng)。同樣地,兩峰強(qiáng)也隨生長溫度的升高或氨氣壓強(qiáng)的增大而增強(qiáng),分析原因也一樣。與沉積鉑25s、45s的樣品相比,沉積鉑5s的樣品本征峰發(fā)生了藍(lán)移,分析表明是由于較小的GaN納米晶粒的量子限域效應(yīng)引起的。
  4.GaN/Si-NPA的伏安特性及載流子輸運(yùn)機(jī)制
  在室溫

6、下對(duì)GaN/Si-NPA納米異質(zhì)結(jié)進(jìn)行伏安特性測試。結(jié)果表明,所制得的樣品均具有整流特性。延長沉積鉑的時(shí)間,樣品的漏電流減少,說明樣品中的缺陷態(tài)能級(jí)減少,界面質(zhì)量提高。升高生長溫度或增大氨氣壓強(qiáng),樣品表現(xiàn)出同樣的規(guī)律。退火處理后,異質(zhì)結(jié)中的漏電流明顯有所降低,這說明退火處理也可以減少樣品中的缺陷態(tài)數(shù)目。對(duì)樣品的伏安特性曲線擬合后分析,異質(zhì)結(jié)中的載流子的輸運(yùn)方式主要有兩種,在較低電壓時(shí)為歐姆傳輸方式,在較高電壓時(shí)為空間電荷限制電流傳輸方式

7、,兩種傳輸方式的過渡過程為異質(zhì)結(jié)中的缺陷能級(jí)被電子填充的過程。
  5.GaN/Si-NPA的電致發(fā)光特性
  研究表明,在相對(duì)較低的正向偏壓下,光譜中在~530nm處均出現(xiàn)一個(gè)寬的黃光發(fā)光峰,該峰的強(qiáng)度隨GaN膜厚的增加而增強(qiáng),所以沉積鉑時(shí)間延長、氨氣壓強(qiáng)增強(qiáng)或生長溫度升高時(shí)峰強(qiáng)均呈增強(qiáng)趨勢(shì)。當(dāng)生長溫度的升高時(shí),黃光發(fā)光峰的峰位發(fā)生了小幅度的紅移,分析認(rèn)為是GaN晶粒中鎵空位含量改變引起的。在正向偏壓相對(duì)較高時(shí),電致發(fā)光譜

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