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...     

GaN直纳米线的光学性能

对 Ga N直纳米线的拉曼光谱及光致发光光谱进行了研究。拉曼光谱表明 ,与计算值相比 ,E2 ( high)声子频率在 560 cm- 1有 -9cm- 1的移动 ,这种声子频率显示出向低能带频移及带变宽的特征 ,是由于纳米尺寸效应所引起的结果。体系的光致发光光谱在 3 44 .8nm附近的近带隙发光 ,与文献报道的 Ga N体材料的数值3 65nm相比有一蓝移 ,这是由于量子限制效应造成的     

氨化法制备GaN:Tb纳米颗粒的光学性能

利用简单的氨还原方法制备了GaN:Tb纳米颗粒. X射线衍射结果显示纳米颗粒为六方结构, 根据Scherrer公式, 计算得到了GaN:Tb纳米颗粒的平均晶粒大小为21.2 nm; 透射电子显微镜结果显示为GaN:Tb纳米颗粒尺寸均匀, 尺寸大小约为20 nm; 除正常的GaN Raman振动模式外, 还观察到了251和414 cm^-1 2个额外的Raman散射峰, 前者是表面无序或尺寸限制效应造成的, 而后者则是八面体Ga-N₆振动模式; 最后, 测量了GaN:Tb纳米颗粒的室温光致发光谱, 获得了Tb³⁺离子在可见光区(位于493.9, 551.2, 594.4和630.1 nm)的本征发光.     

化学气相沉积法制备GaN纳米结构设计性实验

在无催化剂辅助条件下,采用化学气相沉积法生长了GaN纳米线.通过调整衬底、NH3气流、生长时间等,实现了半导体GaN纳米线的生长以及形貌调控.用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对产物的物相及形貌进行了表征.获得了合成GaN纳米线的优化条件.     

PECVD法制备高结晶GaN薄膜及其光电响应性能

采用一种简单、绿色、低成本的等离子增强化学气相沉积(PECVD)法,在950℃下成功制备了高结晶质量的GaN薄膜.为了提高GaN薄膜结晶质量和弄清GaN薄膜光响应机制,研究了GaN缓冲层制备温度对GaN薄膜结晶质量和光电性能的影响.研究表明,随着GaN缓冲层制备温度的增加,GaN薄膜的结晶质量先提高后降低,在缓冲层温度为875℃时,结晶质量最高,此时计算得出的总位错密度为9.74×10~9 cm^-2,载流子迁移率为0.713 cm~2/(V·s).经过退火后,GaN薄膜的总位错密度降低到7.38×10~9 cm^-2,载流子迁移率增大到43.5 cm~2(V·s),此时GaN薄膜光响应度为0.20 A/W,光响应时间为15.4 s,恢复时间为24 s,可应用于紫外光探测器.通过Hall测试和X射线光电子能谱仪分析得出,GaN薄膜内部存在着N空位、Ga空位或O掺杂,它们作为深阱能级束缚和复合光生电子和空穴,使得光响应度与偏压呈抛物线关系;另外,空位和O掺杂形成的深阱能级也是导致GaN薄膜的光电流响应和恢复缓慢的根本原因.     

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.     

不同基底的GaN纳米薄膜制备及其场发射增强研究

采用脉冲激光沉积 (PLD) 方法在Si及SiC基底上制备了相同厚度的GaN纳米薄膜并对其进行了微结构表征及场发射性能测试分析. 结果表明: 基底对于GaN薄膜微结构及场发射性能具有显著的影响. 在SiC基底上所制备的GaN纳米薄膜相对于Si基底上的GaN纳米薄膜, 其场发射性能得到显著提升, 其场发射电流可以数量级增大. 场发射显著增强应源于纳米晶微结构及取向极化诱导增强效应. 本研究结果表明, 要获得优异性能场发射薄膜, 合适基底及薄膜晶体微结构需要重点考虑. 关键词： 基底 GaN 纳米薄膜 场发射     

联氨溶液钝化GaAs(100)表面特性及其发光性能

为了有效降低GaAs表面态密度,获得稳定的高性能钝化膜,使用联氨溶液钝化GaAs(100)表面。通过光致发光对联氨溶液浓度、Na_2S浓度和钝化时间进行了优化。联氨溶液钝化后GaAs样品的PL比未处理的增加了1.22倍。采用X射线光电子能谱和原子力显微镜分析了联氨溶液钝化前后GaAs的表面成分和形貌。结果表明,联氨溶液钝化GaAs表面可以有效地去除表面氧化物,形成均匀、平整的GaN钝化层。通过表面稳定性测试发现,钝化后的GaAs表面在空气中放置数天,光致发光强度未见明显的退化(30 d内PL强度降低7%),说明钝化后GaAs表面的稳定性良好。     

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     

Ce掺杂Si纳米线的制备及其蓝光发射特性

以抛光和“金字塔”织构表面的单晶Si(100)为衬底,分别以Au和Au-Al为金属催化剂,在温度为1 100 ℃、N₂气流量为1 500 sccm、生长时间为15～60 min等工艺条件下,制备了直径约为50～200 nm、长度为数微米至数十微米和不同分布的Si纳米线。然后,利用CeO₂粉末为掺杂剂,在温度为1 100～1 200 ℃、N₂流量为1 000 sccm、掺杂时间为30～60 min等工艺条件下对Si纳米线进行Ce掺杂。实验研究了不同Si纳米线长度、密度和分布等对Ce3+蓝光发射的影响。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,同时利用FLS920全功能型荧光光谱仪对样品的荧光量子效率进行了测试。结果表明,在Si纳米线生长时间为30 min、织构表面和密度相对较低时以及最佳激发光波长为328 nm时,样品发射光波长为405 nm(5d→2F_5/2)荧光强度较大,实现了强的蓝光发射,其荧光量子效率达到了65.57%。通过光谱功率分布和CIE-1931标准公式进行计算,Ce掺杂Si纳米线样品的色坐标为(0.16, 0.03);发光强度大,量子效率高使其在照明、显示等领域有着潜在的应用价值,同时对Si纳米线在发光领域的研究和应用具有一定的参考价值。     

高分子软模板法自组装生长ZnO纳米线及其光学性能

采用自组装技术,利用均聚极性高分子(聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等)长分子链作为自组装模板在半导体硅衬底上自组装生长出ZnO纳米线。采用扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(HRTEM)对样品的表面形貌和结构分析表征的结果表明,ZnO纳米线直径约50~80nm、长度大于4μm,具有六方纤锌矿单晶结构,且沿c轴方向择优取向生长。采用室温下光致发光(PL)谱和紫外吸收(UV)光谱对制得的ZnO纳米线的光学性能研究表明,其PL光谱上有较强的紫外发射和较弱的蓝光发射,UV吸收光谱表明样品在紫外区有强的宽带吸收,且随着纳米线粒径的减小,吸收峰出现了蓝移现象。研究探讨了高分子诱导ZnO纳米线自组装定向生长机制、发光机理及其与工艺条件的内在联系。     

多孔氧化铝模板制备ZnS纳米线阵列及其光致发光谱

利用阳极氧化铝（AAO）模板,采用电化学沉积方法制备出了ZnS纳米线阵列。扫描电子显微镜（SEM）结果显示,AAO模板孔洞分布均匀,孔径基本一致（约50nm）,孔口呈六边形。TEM结果显示硫化锌纳米线的直径约50nm（与AAM模板孔径一致）,长度约为20μm（与AAM模板厚度一致）。电子衍射结果表明ZnS纳米线为多晶结构。比较了AAO模板组装ZnS纳米线阵列前后的光致发光谱,所得光谱显示,组装了ZnS纳米线阵列的模板的光致发光谱比没有组装的空模板相比多出两个发射峰,分别位于409,430nm,且其发光强度随激发波长的增长而增强。解谱分析表明,这即为ZnS纳米线阵列的发光光谱的两个发射峰,是由导带与受主能级间的跃迁发光和施主与受主能级间的复合跃迁发光共同作用所致。发现由于纳米线尺寸的单一性,发射峰窄化明显,半峰全宽较小,这种现象在其他文献中未曾报道过。     

GaN 光电阴极的研究及其发展

GaN 光电阴极的理论研究主要集中在量子产额、电子能量分布和表面模型三个方面.国内对 GaN 光电阴极的研究尚处于起步阶段,存在基础理论不太明确、关键制备工艺欠成熟的问题.重点探讨了 GaN 光电阴极在发射机理、材料生长、表面净化、激活工艺的优化、变掺杂结构设计和稳定性等方面的研究动向、存在的相关问题及应采取的措施.根据实验结果提出了制备GaN光电阴极的可行性工艺流程. 关键词： GaN 光电阴极 发展     

纳米晶粒团聚GaN纳米线A1(LO) Raman峰的非对称展宽

氮化镓(GaN)是一种直接带隙Ⅲ～Ⅴ族半导体化合物,具有较宽的禁带宽度(Eg=3.4eV),较高的热稳定性,以及抗辐照等特性[1-4],是制备近紫外和蓝光光电子器件、高速微电子器件的理想材料.制备低维纳米结构,研究其物理性质既是理解低维量子现象的要求,也是未来纳米电子器件发展的需要.近年来,很多小组已经通过不同的方法成功地制备出GaN纳米棒、纳米线等一系列一维材料.这些方法包括碳纳米管辅助的方法[5]、电弧放电的方法[6]、激光刻蚀的方法[7]、升华法[8]、高温分解法以及化学气相沉积(CVD)[9-15].其中CVD方法以其制备过程简单,制备材料晶…     

悬空氧化铟纳米线晶体管制备与光电性能表征

一维(1D)半导体纳米线在纳米电子学和纳米光子学中表现出色.然而,纳米线晶体管的电特性对纳米线与衬底之间的相互作用非常敏感,而优化器件结构可以改善纳米线晶体管的电学和光电检测性能.本文报道了通过一步式光刻.     

涂布法制备碳纳米管场发射阴极及其性能的研究

碳纳米管（CNT）作为场发射阴极（FEC）具有很好的性能。报导了利用粉末状碳纳米管制作CNT－FEC的方法，包括涂布方法、纯化方法和表面处理方法。主要关心的FEC性能为电子发射均匀性、电流密度和寿命。     

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.     

不同条件制备的ZnO纳米梳结构及其性能研究

采用热蒸发法通过改变衬底放置条件在Si(111)衬底上制备出了ZnO纳米梳结构.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、分光光度计、场发射装置对样品的结构、形貌、光致发光光谱及场发射特性进行了分析.XRD结果表明衬底水平放置(A)和衬底竖直放置(B)制备出的样品均属于多晶六角纤锌矿结构.SEM结果表明两种衬底放置条件下的样品均为纳米梳状结构,改变衬底放置条件ZnO纳米梳的尺寸和形貌有明显改变,其中竖直放置衬底的样品B纳米尺寸较小且比较均匀.室温下的光致发光光谱表明样品B的紫外峰较样品A出现了蓝移,此外样品B的紫外峰强和可见光峰强比值较大,说明此样品的结晶质量较好.场发射特性测试结果表明两个样品的场发射都是通过电子隧道效应进行的,且样品B的场发射性能优于样品A.     

硅纳米线尖端阵列的制备及其场发射性能研究

将银镜反应与金属催化化学刻蚀相结合,在室温附近成功地制备出了硅纳米线尖端阵列,其长度为4~7μm,中间部分的直径在100~300nm之间。该方法操作简单、高效、无毒、可控以及低成本,且不需要高温、复杂的设备,对环境也没有特殊要求。性能测试结果显示:该硅纳米材料能够有效实现电子发射,开启电场约为2.7V/μm(电流密度10μA/cm2处);硅纳米尖端阵列的场增强因子约为692,可应用在场发射器件之上。     

硅纳米线尖端阵列的制备及其场发射性能研究

将银镜反应与金属催化化学刻蚀相结合,在室温附近成功地制备出了硅纳米线尖端阵列,其长度为4~7 m,中间部分的直径在100~300 nm之间。该方法操作简单、高效、无毒、可控以及低成本,且不需要高温、复杂的设备,对环境也没有特殊要求。性能测试结果显示：该硅纳米材料能够有效实现电子发射,开启电场约为2.7 V/m（电流密度10 A/cm2处）;硅纳米尖端阵列的场增强因子约为692,可应用在场发射器件之上。