金辅助催化方法制备GaAs和GaAs/InGaAs纳米线结构的形貌表征及生长机理研究

利用金（Au）辅助催化的方法,通过金属有机化学气相沉积技术制备了GaAs纳米线及GaAs/InGaAs纳米线异质结构.通过对扫描电子显微镜（SEM）测试结果分析,发现温度会改变纳米线的生长机理,进而影响形貌特征.在GaAs纳米线的基础上制备了高质量的纳米线轴、径向异质结构,并对生长机理进行分析.SEM测试显示,GaAs/InGaAs异质结构呈现明显的“柱状”形貌与衬底垂直,InGaAs与GaAs段之间的界面清晰可见.通过X射线能谱对异质结样品进行了线分析,结果表明在GaAs/InGaAs轴向纳米线异质结构样品中,未发现明显的径向生长.从生长机理出发分析了在GaAs/InGaAs径向纳米线结构制备过程中伴随有少许轴向生长的现象.     

InAs/GaAs和InAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线异质结构的生长研究

利用金辅助金属有机化学气相沉淀法(MOCVD)在GaAs(111)B衬底上分别制备了InAs/GaAs和InAs/In _{x Ga1-xAs/GaAs(0≤x≤1)纳米线异质结构.实验结果显示,直接生长在GaAs纳米线上的InAs纳米线生长方向杂乱或者沿着GaAs纳米线侧壁向衬底方向生长,生长的含有In x Ga1-xAs组分渐变缓冲段的InAs/In x Ga1-x关键词： 纳米线异质结构 xGa1-xAs')" href="#">InxGa1-xAs 组分渐变缓冲层 金属有机化学气相沉淀法}     

Growth and characterization of GaAs/In_χGa_(1-χ)As/GaAs axialnanowire heterostructures with symmetrical heterointerfaces

We report on the Au-assisted vapour-liquid-solid(VLS) growth of GaAs/InxGa1-xAs/GaAs(0.2 ≤ x ≤ 1) axial double-heterostructure nanowires on GaAs(111) B substrates via the metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD) technique.The influence of the indium(In) content in an Au particle on the morphology of nanowires is investigated systematically.A short period of pre-introduced In precursor before the growth of InxGa1-xAs segment,coupled with a group III precursor interruption,is conducive to obtaining symmetrical heterointerfaces as well as the desired In/Ga ratio in the InxGa1-xAs section.The nanowire morphology,such as kinking and tapering,are thought to be related to the In composition in the catalyst alloy as well as the VLS growth mechanism.     

GaAs纳米线晶体结构及光学特性

采用分子束外延技术在N-型Si (111)衬底上利用自催化生长机制外延砷化镓(GaAs)纳米线,对生长的纳米线进行扫描电子显微镜测试,纳米线垂直度高,长度直径均匀度好.对纳米线进行光致发光(photoluminescence, PL)光谱测试,发现低温10 K下两个发光峰P1和P2分别位于1.493 eV和1.516 eV,推断可能是纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混相结构引起的发光以及激子复合引起的发光;随着温度升高,发现两峰出现红移,并通过Varshni公式拟合得到变温变化曲线.对纳米线进行变功率PL光谱测试,发现P1位置的峰位随功率增加而蓝移,而P2位置的峰位不变.通过拟合发现P1峰位与功率1/3次方成线性相关,判断可能是WZ/ZB混相结构引起的Ⅱ型发光;同时,对P2位置的峰位进行拟合,P2为激子复合发光.对纳米线进行拉曼光谱测试,从光谱图中发现GaAs WZ结构特有的E_2声子峰,因此证明生长出的纳米线为WZ/ZB混相结构,并通过高分辨透射电子显微镜更直观地观察到纳米线的混相结构.     

两步生长法生长的Inx Ga1-x As/GaAs材料及性质

利用LP-MOCVD技术,采用两步生长法在GaAs(100)单晶衬底上外延生长InxGa1-xAs材料。通过扫描电子显微镜( SEM)与原子力显微镜( AFM)观察了缓冲层厚度对外延层表面形貌、表面粗糙度的影响;利用X射线衍射( XRD)分析了缓冲层厚度对外延层结晶质量的影响;利用拉曼光谱分析了缓冲层厚度对外延层材料合金有序度的影响;通过透射电子显微镜( TEM)观察了外延层材料位错的分布状态,计算了外延层的位错密度。实验结果表明,两步生长法生长的Inx Ga1-x As/GaAs异质结材料的缓冲层厚度存在一个最优值。     

Si掺杂对GaAs纳米线发光特性的影响

采用分子束外延技术(MBE)在Si(111)衬底上生长了非掺杂和Si掺杂砷化镓(GaAs)纳米线(NWs)。通过扫描电子显微镜(SEM)证实了生长样品的一维性;通过X射线衍射(XRD)测试和拉曼光谱(Raman)证实了掺杂GaAs纳米线中Si的存在;通过光致发光(PL)研究了非掺杂和Si掺杂GaAs纳米线的发光来源,掺杂改变了GaAs纳米线的辐射复合机制。掺杂导致非掺杂纳米线中自由激子发光峰和纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混相结构引起的缺陷发光峰消失。     

Si掺杂对GaAs纳米线发光特性的影响EI北大核心CSCD

采用分子束外延技术(MBE)在Si(111)衬底上生长了非掺杂和Si掺杂砷化镓(GaAs)纳米线(NWs)。通过扫描电子显微镜(SEM)证实了生长样品的一维性;通过X射线衍射(XRD)测试和拉曼光谱(Raman)证实了掺杂GaAs纳米线中Si的存在;通过光致发光(PL)研究了非掺杂和Si掺杂GaAs纳米线的发光来源,掺杂改变了GaAs纳米线的辐射复合机制。掺杂导致非掺杂纳米线中自由激子发光峰和纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混相结构引起的缺陷发光峰消失。     

多波长飞秒激光激发下GaAs纳米线SHG特性研究

本文基于有限元法研究了直立生长于GaAs衬底的GaAs纳米线的光场响应和光场增强性质. 实验使用多个波长的飞秒激光脉冲激发GaAs纳米线, 测得了较高效率的二次谐波信号, 并首次使用宽带超连续飞秒脉冲 (1000–1300 nm) 在纳米线上获取了宽带、无杂散荧光噪声的二次谐波信号. 这种高效的二次谐波产生过程主要归因于纳米结构引起的局域场增强效应. 本文阐明了GaAs纳米线的二次谐波倍频特性, 这些结果对于其在纳米光学中的光器件、 光集成等领域的进一步研究和实际应用具有很好的参考价值. 关键词： GaAs纳米线 二次谐波 飞秒激光     

氧化锌/硫化锌异质纳米线结构和电子性质比较研究

用第一性原理方法系统研究氧化锌/硫化锌超晶格纳米线和核壳结构纳米线的结构和电子性质.结构优化后,氧化锌/硫化锌异质结构纳米线和纯氧化锌或硫化锌纳米线结构相似.对于两种异质结构纳米线,能带结构显示他们都是直接带隙半导体.对于氧化锌/硫化锌超晶格纳米线,随着径向厚度的增加,能带变的越来越水平.对于核壳结构纳米线,分波态密度显示它们都是Ⅱ型异质结构.研究有助于理解这类异质结构纳米线以及它们在电子发动机及光伏设备方面的应用.     

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.     

MOCVD自催化法在Si(100)衬底上生长InP/InGaAs核壳结构纳米线

采用自催化法,利用金属有机化学气相沉积技术,在Si(100)衬底上成功制备了InP/InGaAs核壳结构纳米线。通过扫描电子显微镜观察纳米线形貌,在核壳结构纳米线的顶端催化剂转化成了颗粒状晶体。利用X射线衍射和透射电子显微镜研究了InP纳米线上生长InGaAs外壳的过程,并应用X射线能量色散能谱仪对纳米线顶端进行了轴向和径向的线扫描,得到了纳米线上元素组分分布。催化剂的转化发生在制备InGaAs壳之前的升温过程中,且形成的晶体中含有合金成分。InGaAs壳的组分调整可以通过改变生长过程中生长源气体的流量来实现。     

GaAs纳米线阵列太阳能电池的设计与优化

为了得到纳米线阵列太阳能电池的最优转换效率,通过仿真计算对GaAs轴向pin结纳米线阵列进行了结构优化.首先利用三维有限时域差分法分析了GaAs纳米线阵列的光吸收特性,并对其直径、密度等结构参量进行优化,优化后的GaAs纳米线阵列的光吸收率可达87.4%.在此基础上,利用Sentaurus软件包中的电学仿真模块分析了电池的电学性能,并根据光生载流子在纳米线中的分布,对轴向pin结结构进行优化,最终优化过的太阳能电池功率转换效率可达到17.6%.分析结果表明,通过钝化处理以降低GaAs纳米线的表面复合速率,可显著提升电池的功率转换效率,而通过减小纳米线顶端高掺杂区域的体积,可减少载流子复合损耗,从而提高电池效率.该研究可为制作高性能的纳米线太阳能电池提供参考.     

表面悬挂键对GaAs纳米线掺杂的影响及其钝化

利用第一性原理计算方法研究了表面悬挂键对GaAs纳米线掺杂的影响及其钝化．计算结果显示,不论是闪锌矿结构还是纤锌矿结构,GaAs纳米线表面Ga原子上带正电荷的表面悬挂键都是一类稳定的缺陷,并且这种稳定性不会随着纳米线直径的变化而变化．这种表面悬挂键会形成载流子陷阱中心从而从p型掺杂的GaAs纳米线俘获空穴,使得纳米线的掺杂效率下降．和NH₃相比,NO₂ 具有足够的电负性来俘获GaAs纳米线表面悬挂键上的未配对电子,从而有效地钝化GaAs纳米线的表面悬挂键,提高纳米线的p型掺杂效率,并且这种钝化特性不会随着纳米线直径的变化而改变．     

微波等离子体化学气相沉积方法在Si衬底上生长SiC纳米线

应用微波等离子体化学气相沉积方法,在单晶Si(100)衬底上生长出SiC纳米线.应用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能量损失谱(EDS)和选区电子衍射(SAD)等方法对纳米线化学组成和结构进行了分析和表征.给出该纳米线的生长机理 关键词： 微波等离子体化学气相沉积 SiC纳米线 生长机理     

GaAs/AlxGa1-xAs量子阱能级结构设计与光谱分析

通过理论计算对用于量子阱红外探测器的GaAs/AlxGa1-xAs量子阱能级结构进行模拟设计,将不同生长结构的量子阱材料的光响应谱和光致荧光谱(PL)与计算结果进行比较.说明量子阱生长结构与量子阱能级结构的关系.欲使量子阱红外探测器的响应峰值在8μm附近,则需量子阱结构中阱宽为47nm,垒中Al含量为029.理论计算与测试结果符合得较好. 关键词：     

异质结型CuO/ZnO复合纳米线的制备及光催化性能

在室温下,通过溶液法在Cu衬底上制备了CuO纳米线,然后采用溶剂热法在CuO纳米线表面生长ZnO纳米颗粒以构建CuO/ZnO复合纳米线异质结构。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析了样品的形貌、结构和元素组成。结果显示CuO/ZnO复合纳米线由ZnO纳米颗粒和CuO纳米线组成。在模拟太阳光照射下,以亚甲基蓝溶液为模拟污染物研究了样品的光催化性能。结果表明,相比纯CuO纳米线,CuO/ZnO复合纳米线能够使亚甲基蓝溶液的光降解效率达到40%,在相同条件下具有更优异的光催化活性。光催化机理研究表明CuO/ZnO纳米复合材料光催化活性的增强主要是由于CuO与ZnO结合形成的p-n异质结有效促进了光生载流子的分离。     

缓冲层对InSb/GaAs薄膜质量的影响

InSb是制作3~5μm红外探测器的重要材料。在GaAs衬底上外延生长InSb,存在的主要问题在于两种材料间14.6%的晶格失配度,会引入较大的表面粗糙度以及位错密度,使外延材料的结构和电学性能均会受到不同程度的影响。通过系列实验,研究了在生长过程中缓冲层对薄膜质量的影响。利用高能电子衍射仪(RHHEED)得到了合适的生长速率和Ⅴ/Ⅲ比,研究了异质外延InSb薄膜生长中低温InSb缓冲层对材料生长质量以及不同外延厚度对材料电学性质的影响。采用原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线双晶衍射(DCXRD)等方法研究了InSb/GaAs薄膜的表面形貌、界面特性以及结晶质量。通过生长合适厚度的缓冲层,获得了室温下DCXRD半高峰宽为172″,77 K下迁移率为64300 cm²·V^-1·s^-1的InSb外延层。     

四方结构GaN纳米线制备、掺杂调控及其场发射性能研究

作为最重要的第三代半导体材料之一,纳米氮化镓(Ga N)也引起了人们的广泛关注与重视.本文采用微波等离子体化学气相沉积(microwave plasma chemical vapor deposition, MPCVD)系统,成功地制备出了四方截面的Ga N纳米线,其纳米线半径为300—500 nm,长度为15—20μm.研究发现,通过调控掺杂Mg的比例,可以实现其截面结构从三方向四方转变.通过进一步地研究Mg掺杂调控其截面结构的物理机制,提出其三方-四方截面结构的转变应该来源于其纳米线的气-液-固(VLS)生长向自催化气-固(VS)生长模式的转变.对所制备的纳米线进行了光致发光(photoluminescence, PL)光谱分析,结果表明四方结构Mg掺杂Ga N纳米线发光峰红移至386 nm.采用所制备的纳米线进行了场发射性能研究,结果表明四方结构Mg掺杂Ga N纳米线开启电场为5.2 V/μm,并能保持较高电流密度,相较于三方结构未掺杂Ga N纳米线场发射性能有一定提高,进而分析掺杂以及形貌结构对Ga N纳米线场发射的影响机制.研究结果不仅给出了一种四方结构Ga N纳米线的制备方法,同时也为纳米线结构调控提出了新的思路与方法,将为新型纳米线器件设计与制作提供了新的技术手段.     

表面钝化效应对GaAs纳米线电子结构性质影响的第一性原理研究

纳米线表面存在大量的表面态,它们能够引起电子分布在纳米线表面,使得纳米线的电学性质对表面条件变得更加敏感,严重地制约器件的性能.表面钝化能够有效地移除纳米线的表面态,进而能够有效地优化器件的性能.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了表面钝化效应对GaAs纳米线电子结构性质的影响.考虑了不同的钝化材料,包括氢元素、氟元素、氯元素和溴元素.研究结果表明:具有小尺寸的GaAs裸纳米线的能带结构呈间接带隙特征,表面经过完全钝化后,转变为直接带隙特征;GaAs纳米线表面经过氢元素不同位置和不同比例钝化后,展示出不同的电学性质;表面钝化的物理机理是钝化原子与纳米线表面原子通过电荷补偿移除纳米线表面的电子态;与氢元素钝化相比,GaAs纳米线表面经过氟元素、氯元素和溴元素钝化后,带隙宽度较小,原因是氟元素、氯元素和溴元素在钝化过程中具有较小的电荷补偿能力,不能完全移除表面态.     

GaAs1-xSbx/GaAs单量子阱的光学特性研究

用选择激发光荧光研究了分子束外延生长的GaAsSb/GaAs单量子阱的光学性质,第一次同时观察到空间直接(Ⅰ类)和间接(Ⅱ类)跃迁.它们表现出不同的特性:Ⅰ类跃迁具有局域化特性,其发光能量不随激发光能量而变;Ⅱ类发光的能量位置随激发功率的增大而蓝移,也随激发光能量的增加而蓝移,复合发光发生在位于异质结GaAs一侧的电子和GaAsSb中的空穴之间,实验结果可以很好地用电荷分离造成的能带弯曲模型来解释,这也是空间间接跃迁的典型特性.还用光荧光的激发强度关系和时间分辨光谱进一步论证了GaAsSb/GaAs能带排列的Ⅱ类特性,并通过简单计算得到了应变和非应变状态下GaAsSb/GaAs异质结的带阶系数.