无氨法制备GaN纳米线及其光电性能研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法,在无氨与1050℃的条件下通过气液固(V-L-S)机理成功制备出六方纤锌矿结构单晶GaN纳米线其拉曼测试结果表明,所制备的纳米线存在较大的表面无序度并表现出明显的小尺寸效应样品光致发光表明其具有典型的纳米线光谱特征,另外,无氨法制备的纳米线也具有较好的场发射特性.     

Si纳米线的固-液-固可控生长及其形成机理分析

以Au膜作为金属催化剂,直接从n-(111)Si单晶衬底上制备了直径为30—60nm和长度从几微米到几十微米的高质量Si纳米线.实验研究了Au膜层厚、退火温度、N2气流量和生长时间对Si纳米线形成的影响.结果表明,通过合理选择和优化组合上述各种工艺条件,可以实现直径、长度、形状和取向可控的纳米线生长.基于固-液-固生长机理,定性阐述了Si纳米线的形成过程.     

高取向As掺杂ZnO纳米线阵列的制备与表征

在不采用任何金属催化剂的条件下,运用化学气相沉积法,在Si(100)衬底上制备出高取向的As掺杂ZnO纳米线阵列.样品的X射线衍射(XRD)谱显示获得了单一取向的衍射峰,表明样品具有较好的结晶质量.场发射扫描电镜(FE-SEM)观察表明,As掺杂ZnO纳米线阵列具有均一的直径和长度,其顶部和根部直径分别为70 nm和1...     

ZnO纳米线的合成与生长机理

采用化学气相沉积系统制备ZnO纳米线,以覆盖一层约5nm厚的Ag薄膜的单晶Si(001)为衬底,纳米线的生长遵循气-液-固(VLS)机理。对得到的样品采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行晶体结构和形貌的表征。XRD结果表明衬底温度在600~700℃时生长的ZnO纳米线具有六方结构和统一的取向。通过扫描电子显微镜分析,比较了生长温度对纳米线直径和长度的影响。实验表明我们可以通过催化剂和温度来实现ZnO纳米线生长的可控。与传统的VLS生长方式不同的是在我们制备的ZnO纳米线顶端并没有看到催化剂颗粒,表明纳米线的生长方式是底部生长,我们对其生长机理进行了研究。     

单晶ZnO纳米线的合成和生长机理研究

用化学气相输运(CVT)方法合成了直径在20～120nm呈单晶结构的ZnO纳米线.利用场发射扫描电 镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)以及选区电子衍射(SAED)等技术对ZnO纳米线的生长机理和结构进行 了系统研究,结果表明,纳米线的成核与Au Zn合金催化颗粒的饱和度有直接的关系,先饱和的颗粒上纳米线首 先成核.纳米线顶端合金颗粒组成的变化是导致纳米线生长终止的重要原因,大量纳米线的生长不是同时进行 的.本工作提供了支持纳米线气液固(V L S)生长机理的新实验证据,提出了氧化物纳米线的生长机理.     

硫掺杂ZnO纳米线的电化学制备及发光特性

"采用电场辅助电化学沉积法,利用阳极氧化铝模板模板制备了高度择优取向的硫掺杂ZnO单晶纳米线．X射线衍射仪、隧道电子显微镜、选取电子衍射对所得样品的结构、形貌分析表明,所得纳米线是沿(101)择优取向的六方纤锌矿结构单晶纳米线,长约几十微米、平均直径约70 nm. X射线光电子能谱对化学组成的分析进一步证实掺杂硫原子的存在．用荧光光谱仪(PL)对S掺杂前后的ZnO纳米线进行光学特性测量发现,S掺杂较大地改变了ZnO纳米线的发光性质．在PL谱中,除了有典型的ZnO纳米线在378、392 nm处的强紫外发光峰     

AuPd纳米粒子作为催化剂制备硼纳米线及其场发射性质

利用化学气相沉积法,采用不同组分的金属合金纳米粒子AuPd作为催化剂,在Si(111)基底上成功制备大面积、高密度的硼纳米线薄膜.纳米线的平均长度约为10μm,直径在50—130 nm之间.结构分析表明,纳米线为单晶结构,硼纳米线的直径随着元素Pd在合金催化剂中比例的增加而减少.场发射特性测试结果表明,通过调整催化剂组分可以实现对硼纳米线的尺寸和密度的调控.     

不同气氛下SiOx纳米线的制备及形貌、红外、光致发光研究

以N2/H2、N2或NH3为载气,利用碳辅助化学气相沉积法,常压1140℃下在石英衬底上制备了大量直径为20-300 nm,长数百微米的非晶SiOx纳米线.制备得到的纳米线具有高度定向生长的特性.利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜及电子能谱对SiOx纳米线的形貌及组分进行了分析,Si与O原子之比为1∶1.8.傅里叶红外吸收谱显示了非晶氧化硅的三个特征峰(482,806和1095 cm-1)及1132 cm-1无序氧化硅结构的强吸收峰.SiOx纳米线光致发光光谱(PL)在440 nm(2.83 eV)处具有较强的荧光峰;N2为载气生长的SiOx纳米线的PL峰强比NH3为载气生长的SiOx纳米线峰强大四个数量级.     

Y掺杂Si纳米线的光致发光特性

以n型单晶Si(111)为衬底,利用Au作为催化剂,在温度、N₂流量和生长时间分别为1 100 ℃,1.5 L·min-1和60 min的条件下,基于固-液-固生长机制,生长了直径为60～80 nm、长度为数十微米的高密度Si纳米线。随后,以Y₂O₃粉末为掺杂源,采用高温扩散方法对Si纳米线进行了钇(Y)掺杂。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和荧光分光光度计对不同掺杂温度(900～1 200 ℃)、掺杂时间(15～60 min)和N₂流量(0～400 sccm)等工艺条件下制备的Y掺杂Si纳米线的形貌、成分、结晶取向以及激发光谱和发射光谱特性进行了详细的测量和表征。结果表明,在掺杂温度为1 100 ℃,N₂流量为200 sccm、掺杂时间为30 min和激发波长为214 nm时,Y掺杂Si纳米线样品表现出较好的发光特性。样品分别在470～500和560～600 nm范围内出现了两条发光谱带。560～600 nm的发光带由两个发光峰组成,峰位分别为573.6和583.8 nm,通过结构分析可以推测,这两个发光峰是由Y3+在Si纳米线的带隙中引入的杂质能级引起的。而470～500 nm较宽的发光带同样来源于Y离子在Si纳米线带隙中引入的与非晶SiO_x壳层中氧空位能级十分接近的杂质能级。     

N-M(Cd,Mg)共掺闭口氧化锌纳米管场发射第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 分别研究了N掺杂和N-M(Cd, Mg)共掺(9, 0)型闭口氧化锌纳米管(ZnONT)的几何结构和场发射性能.结果表明: N原子能够提高体系帽端结构的稳定性; 随外加电场增强, 体系的态密度向低能方向移动, 最高占据分子轨道(HOMO)-最低未占据分子轨道(LUMO)能隙及有效功函数变小, 电荷向帽端聚集程度愈高. 体系态密度/局域态密度, HOMO/LUMO, 能隙及Mulliken电荷分析一致表明, N-Cd共掺可提高ZnONT的场发射性能, N-Mg共掺反而抑制其电子发射. 关键词： 第一性原理 ZnO纳米管 场发射 共掺杂     

Cu掺杂Ga2O3薄膜的光学性能

采用射频磁控溅射和N2气氛退火处理制备了多晶Ga2O3薄膜和Cu掺杂Ga2O3薄膜.用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、荧光光谱仪对Ga2O3薄膜和Cu掺杂Ga2O3薄膜的结构和光学性能进行了表征.结果表明,Cu掺杂后Ga2O3薄膜的结晶质量变差,透过率明显降低,吸收率增加,光学带隙减小.本征Ga2O3薄膜在紫外、蓝光和绿光出现了发光带,Cu掺杂后紫外和蓝光发射增强,且在475nm处出现了一个新的发光峰.     

Eu掺杂Si纳米线的光致发光特性

利用Si(111)衬底, 以Au-Al为金属催化剂, 基于固-液-固生长机理, 在温度为1100℃, N₂气流量为1.5 L/min、生长时间为30–90 min等工艺条件下, 制备了直径约为100 nm、长度为数微米的高密度、均匀分布、大面积的Si纳米线(～10¹⁰ cm^-2). 对Si纳米线进行了Eu掺杂, 实验研究了不同长度的Si纳米线以及不同掺杂温度、掺杂时间等工艺参数对Eu离子红光发射的影响, 利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对Si纳米线表面形貌和Eu掺杂后Si纳米线的结晶取向进行了测量和表征; 室温下利用Hitachi F-4600型荧光分光光度计对样品的激发光谱和发射光谱进行了测试和分析. 结果表明: 在Si纳米线生长时间为30 min、掺杂温度为1000℃、 最佳激发波长为395 nm时, 样品最强荧光波长为619 nm (⁵D₀→⁷F₂); 同时, 还出现了576 nm (⁵D₀→⁷F₀), 596 nm (⁵D₀→⁷F₁), 658 nm (⁵D₀→⁷F₃)和708 nm (⁵D₀→⁷F₄)四条谱带.     

以PVP纳米纤维为模板采用原子层沉积法制备MgxZn1-xO纳米纤维及其光学性质研究

采用静电纺丝方法制备聚乙烯吡咯烷酮(PVP)纳米纤维,并以其为模板采用原子层沉积(ALD)方法制备不同Mg掺杂浓度的MgxZn1-xO纳米纤维。研究了不同Mg掺杂浓度对复合纳米纤维结构和光学性质的影响。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、光致发光(PL)和紫外-可见光(UV-Vis)吸收谱对样品测试并进行表征分析。结果表明,Mg元素的掺入并没有改变ZnO纳米纤维的形貌,所有样品的表面形貌极其相似,只是掺杂后纤维直径有所增大;随着Mg掺杂浓度的增加吸收边逐渐发生蓝移,表明所制备MgxZn1-xO纤维的带隙具有可调节性。与此同时,在PL谱中可以观察到样品的紫外(UV)发光峰从377nm移动至362nm,且与不掺杂的样品相比,MgxZn1-xO纳米纤维的UV发光强度明显增强。通过这种方法可以合成组分可控的MgxZn1-xO纳米纤维。在ZnO中掺入Mg元素可以有效地提高ZnO-PVP纳米纤维的禁带宽度以及UV发射强度。     

反射式变掺杂负电子亲和势GaN光电阴极量子效率研究

从变掺杂负电子亲和势(NEA)Ga N光电阴极材料的光电发射机理入手,给出了反射式变掺杂NEA Ga N光电阴极内建电场和量子效率的计算公式.利用初步设计的变掺杂NEA Ga N光电阴极,介绍了变掺杂NEA Ga N阴极的激活过程和激活光电流的变化特点.结合国内外典型的变掺杂NEA Ga N阴极的量子效率曲线,分析了Ga N光电阴极量子效率曲线的特点.结果显示:由于内建电场的存在,反射式变掺杂NEA Ga N光电阴极量子效率在240 nm处即可达到56%,在较宽的入射光波长范围内,阴极具有相对平稳的量子效率,量子效率值随入射光子能量的增加而增加,并且量子效率曲线在阈值附近表现出了明显的锐截止特性.     

等离子体增强化学气相沉积法实现硅纳米线掺硼

用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法成功实现硅纳米线的掺B.选用Si片作衬底，硅烷 （SiH4）作硅源，硼烷（B2H6）作掺杂气体， Au作催化剂，生长温度440℃.基于气-液-固(VLS)机制，探讨了掺B硅纳米线可能的生长机制.PECVD法化学成分配比更灵活，更容易实现纳米线掺杂，进一步有望生长硅纳米线pn结，为研制纳米量级器件提供技术基础. 关键词： 硅纳米线 化学气相沉积 纳米器件     

电容-电压法研究AlxGa1-xN/GaN异质结压电极化效应

制备了基于调制掺杂Al0.22Ga0.78N/GaN异质结的Pt/Al0.22Ga0.78N/GaN肖特基二极管.由于Al0.22Ga0.78N势垒层中的极化场不同,不同Al0.22Ga0.78N势垒层厚度的二极管的电容-电压特性显著不同.根据对样品电容-电压特性的数值模拟,在Al0.22Ga0.78N势垒层厚度为30nm和45nm的样品中,异质界面的极化电荷面密度为6.78×1012cm-2.在Al0.22Ga0.78N势垒层厚度为75nm的样品中,极化电荷面密度降为1.30×1012cm-2.这种极化电荷面密度的降低是由于GaN上Al0.22Ga0.78N势垒层由于厚度增加而产生应变的部分弛豫.本工作也提供了一种定量表征AlxGa1-xN/GaN异质结中极化电荷面密度的方法.     

合成参数对气-液-固法低温生长MgO纳米线的影响

将Mg(C11H19O2)2(即双(2,2,6,6,-四甲基-3,5-庚二酮酸)镁)作为反应前驱体,用脉冲液滴注入式金属有机物化学气相沉积法,在较低温度(T=600℃)下合成MgO纳米线.纳米线沿着[001]方向生长且Au催化剂位于纳米线顶端,这表明纳米线是由气-液-固机制诱导生长的.通过改变前驱体注入的脉冲周期或周期注入剂量能够控制纳米线的生长模式,使之垂直或平行于样品表面生长.     

合成温度对Ce掺杂SiC纳米线的制备及场发射性能的影响研究

本文利用化学气相反应(CVR)法, 系统研究了不同温度对Ce掺杂的SiC纳米线及其场发射性能的影响规律. 利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线衍射(XRD)对所得产物进行了表征, 并对其场发射性能进行了测试. 结果表明: 所得产物为具有立方结构的β-SiC晶体, 随着温度的升高, 纳米线逐渐变的弯曲, Ce的含量降低, 产物的开启电场和阈值电场先升高后降低. 当合成温度为1250 ℃, Ce的含量为0.27 at%, 产物的场发射性能最佳,开启电场和阈值电场分别为2.5 V/μm和5.2 V/μm. 关键词： 合成温度 SiC纳米线 场发射性能     

Mg掺杂n型Sn基VIII型单晶笼合物的结构及电传输特性

本文采用Sn自熔剂法,制备Mg掺杂Sn基单晶笼合物Ba8Ga16-XMgXSn30(0 X 1.5),并对其结构及电传输性能进行研究.结果表明所制备化合物为具有空间群Iˉ43m的VIII型单晶笼合物,随Mg掺杂量的增加,对应化合物的熔点略有升高,晶格常数减小,掺杂样品中填充原子Ba的实际含量低于理想值8.0,其在十二面体空洞中的占有率约为0.93(Mg的名义含量X=1.5时).所有样品均表现为n型传导,Mg的掺入对材料的能带结构有一定影响,Mg掺杂后,样品的载流子浓度降低,Seebeck系数的绝对值、电阻率增加,Mg的名义含量X=1.5时,样品的功率因子在430 K附近取得最大值1.26×10-3W·m-1·K-2.     

Al2O3衬底无催化剂生长GaN纳米线及其光学性能

采用一种绿色的等离子增强化学气相沉积法,以Al2O3为衬底, Ga金属为镓源, N2为氮源,在不采用催化剂的情况下,成功制备获得了结晶质量良好的GaN纳米线.研究表明,生长温度可显著调控GaN纳米线的形貌,当反应温度为950℃时,生长出的GaN微米片为六边形;当反应温度为1000℃时,生长出了长度为10-20μm的超长GaN纳米线.随着反应时间增加, GaN纳米线的长度增加. GaN纳米线内部存在着压应力,应力大小为0.84 GPa.同时,也进一步讨论了GaN纳米线无催化剂生长机制. GaN纳米线光致发光结果显示, GaN纳米线缺陷较少,结晶质量良好,在360 nm处有一个较为尖锐的本征发光峰,可应用于紫外激光器等光电子器件.本研究结果将为新型光电器件低成本绿色制备提供一个可行的技术方案.