硅基釩應變層制備氮化鎵及氧化鎵一維納米結構的研究.pdf

1、隨著現代科學技術的發(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，這些都促使現代凝聚態(tài)物理和材料科學的研究在低維材料方面產生了極大的興趣。低維材料的研究目的主要有三個方面：(1)對發(fā)生在三維材料中的一些物理現象進行簡化描述；(2)對低維材料的奇特物理現象及其性能的發(fā)現；(3)由低維材料組成新的人工三維材料。自從1991年，日本科學家S．Iijima在石墨電極電弧放電的陰極沉積物中發(fā)現了碳納米管以來，以其為代表的一系列準

2、一維納米材料一納米管、納米線被相繼合成出來。這些準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特的結構，另一方面，當材料的尺寸小到一定程度時，會表現出一系列不同于體材料的新穎的物理性質，如電學性質中的量子干涉效應、光學性質中的量子限制效應(藍移)、力學性能的極大提高等等。因此，納米材料不論對基礎理論研究，還是對納米器件的制備和應用來說，都具有十分重要的意義。對于前者而言，一維納米材料的合成，使介觀尺度的物理現象的直接

3、實驗驗證成為可能。準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發(fā)射電子源、納米導線、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)現具有超導電性；利用納米碳管和硅納米線制備的M-S納米異質結器件，具有金屬一半導體異質結二極管的整流效應。 GaN是一種直接帶隙半導體材料，室溫下帶隙是3.4 eV，是制備藍、綠發(fā)光二極管、半導體激光器的理想

4、材料。理論和實驗都證明，GaN的納米結構可以顯著提高其藍、綠光的發(fā)光性質，為制備更高集成化的高質量光電子器件奠定了基礎。 Ga2O3是一種寬禁帶半導體材料，能隙寬度Eg=4.9 eV，其導電性能和發(fā)光特性長期以來一直引起人們的關注。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構的β-Ga2O3最為穩(wěn)定。β-Ga2O3是一種透明的氧化物半導體材料，在光電子器件方面有廣闊的應用前景，

5、被用作Ga基半導體材料的絕緣層，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納米結構和Ga203納米結構。通過研究不同生長條件對制備GaN納米結構和Ga2O3納米結構的影響，初步提出并探討了此方法合成GaN納米結構和Ga2O3納米結構的生長機制。 (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納米結構。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)等測試手段詳細分析了GaN納米材料的結構、組分、形貌和發(fā)光特性。結果表明：合成的納米結構為六方纖鋅礦結構的GaN；氨化溫度和時間都對一維GaN納米結構的結晶質量和形貌產生很大的影響。隨著氨化溫度的升高，納米結構的結晶質量逐漸變好，直徑逐漸變大，但當氨化溫度升高到1000℃時，納米結構的結晶質量開始下降，數量開始

7、減少。GaN納米結構的生長機制可歸結為氣體一固體(VS)生長機制，其中緩沖層V使Si表面的表面能分布不再均勻，對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納米結構。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)等測試手段詳細分析了Ga2O3納米材料的結構、組分