半导体纳米结构的可控生长

应用MBE技术和SK生长模式,通过对研究材料体系的应力分布设计,生长动力学研究和生长工艺优化,实现了In(Ga)As/GaAs,InAlAs/AlGaAs/GaAs和InAs/InAl(Ga)As/InP无缺陷量子点(线)的尺寸、形状、密度和分布有序性的可控生长,这对进一步的器件应用特别重要.讨论了半导体纳米结构的空间有序性分布物理起因和退火的机制.     

SiO2气凝胶纳米多孔结构的自组装过程模拟

基于分子动力学理论,模拟并计算了纳米多孔SiO2气凝胶的原子尺度模型和力学性能.SiO2气凝胶网络结构的自组装形成过程表明,当密度为0.078 g/cm3时,形成的结构以纳米团簇为主,难以形成连通的骨架结构;当密度为0.172 g/cm3及以上时,硅氧元素分布已扩展形成了连通的无定形骨架结构.通过对不同密度体系模型单轴施加应变并计算相应的应力值,得到应力-应变关系曲线,并依据弹性范围求得弹性模量.模拟结果表明,弹性模量与密度成一次线性关系,当气凝胶密度在0.078～0.443 g/cm3时,弹性模量为0.1265～0.7889 MPa.     

玻璃基片表面纳米结构氧化锆聚集体组装的SEM研究及其机理初探

以纳米粒子为基组装的有序结构体系,既具有纳米小颗粒本身的性质,同时通过纳米粒子之间、纳米粒子与基体界面的耦合,有望产生新的效应.本文利用含有双亲分子的反胶团微乳体系,人为处理基底提供活性点模拟生物矿化过程,构筑聚集体-基质复合材料,完成玻璃基片表面不同形貌氧化锆的组装,并对机理进行了初步的探讨.     

有序纳米半导体量子点的自组织生长

纳米半导体量子点以其所具有的新颖光电性质与输运特性,正在各类量子功能器件中获得成功应用.作为纳米量子点的一种主要制备工艺,自组织生长技术正在受到人们的普遍重视.而如何实现具有尺寸与密度可控纳米量子点的自组织生长,更为材料物理学家们所广泛关注.因为这是由自组织方法形成的量子点最终能否器件实用化的关键.本文简要介绍了有序纳米量子点的自组织生长及其新近研究进展.     

静电自组装制备镧掺杂高岭石基纳米TiO2光催化材料研究

采用静电自组装方法制备了镧掺杂高岭石基纳米TiO2光催化材料.采用巯丙基三甲氧基硅烷偶联剂对高岭石进行干法改性,采用30; H2O2/HOAc将偶联剂巯基基团氧化为磺酸基基团.在静电引力的作用下,带负电荷的高岭石与带正电荷的钛聚合阳离子和La3+自发地组装在一起,经一定温度热处理得到镧掺杂高岭石基纳米TiO2光催化材料.采用XRF、XRD、FT-IR、SEM和PL等对材料进行分析,采用甲基橙染料评价材料的光催化性能.研究表明:采用静电自组装方法可有效提高高岭石与纳米TiO2的复合效率;镧掺杂导致TiO2与高岭石之间的结合力增强;适量的镧掺杂导致锐钛矿晶体发生畸变,能带结构改变,电子-空穴对复合几率降低,进而导致其光催化性能增强;镧掺量5 mol;的复合材料对甲基橙溶液表现出更高的光催化脱色效果.     

氧化锌纳米棒的制备及其光电性能的研究

以硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O和六次甲基四胺(HMT)为原料,通过水热法制备出氧化锌纳米棒,研究了反应时间和冷却时间对产物形貌和尺寸的影响.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)、紫外-可见光谱、红外光谱(FT-IR)表征产物的结构和性能.结果表明,反应时间为6 h和急速冷却至室温条件下合成样品为六方纤锌矿氧化锌纳米棒,平均直径为300 nm;样品具有良好的结晶质量和发光性能,样品在200～400nm有较强的紫外吸收性能;FT-IR图谱表明产物在430 cm-1左右出现了Zn-O特征吸收峰,并有所红移;样品的开启场强为2.2 V/μm,场增强因子为2550,当场强为4.75 V/μm时,电流密度可以达到0.7 mA/cm2,是一种性能优良的冷阴极电子发射源.     

液相自组装法制备铁酸铋薄膜的研究

采用液相自组装法成功制备出铁酸铋(BiFeO3)薄膜,并采用XRD、SEM和VSM等测试方法对BiFeO3薄膜进行了表征.研究了功能化的自组装单分子层(SAMs)表面对BiFeO3薄膜成核和生长的影响,以及沉积温度对铁酸铋薄膜的形成和微观形貌的影响.结果表明:功能化的SAMs表面上薄膜与基底结合牢固,结构致密均一;沉积温度在60～70 ℃之间,薄膜表面比较平整均一,当沉积温度高于70 ℃,薄膜表面出现多晶聚集体现象.     

基于蒙脱石和层状双氢氧化物纳米剥离的层层自组装异构薄膜制备

以乙酸乙酯为剥离介质,采用超声法剥离有机蒙脱石(CTA-MMT)和层状双氢氧化物(MgAl-SDS-LDH),以聚乙烯醇(PVA)为交联剂,采用层层自组装(LBL)的方法制备了蒙脱石-层状双氢氧化物异构薄膜(PVA/MMT/PVA/LDH)n.采用X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见光分光光度计对样品进行了表征.结果表明,超声剥离处理后的CTA-MMT和MgAl-SDS-LDH片层厚度分别达到17 nm和12 nm.(PVA/MMT/PVA/LDH)n异构薄膜层间距为1.81 nm,一个组装循环得到以MMT和LDH纳米片层构成薄膜单循环片层,厚度约为170 nm.薄膜对264 nm左右的光呈现强烈的吸收带,并且吸收强度与薄膜厚度之间呈线性关系,表明薄膜单元层具有良好均一性.     

亲水性氧化锌纳米粒子控制合成及光学性质研究

采用溶剂热分解法,以乙酰丙酮锌为原料,在亲水性有机溶剂聚乙二醇(PEG-600)、聚乙二醇单甲醚(MPEG-1000)、三甘醇(TEG)中合成了氧化锌纳米粒子.X-射线衍射(XRD)分析表明氧化锌纳米粒子为纤锌矿晶体结构.透射电镜(TEM)形貌观察结果表明,在不同溶剂PEG-600、MPEG-1000和TEG中合成的氧化锌纳米粒子其形状分别为短棒状、颗粒状以及由小晶粒团聚而成的球状粒子.合成的氧化锌纳米粒子表面修饰有亲水性有机分子,可以稳定分散于水溶液中.紫外-可见光吸收光谱和光致发光光谱研究显示,合成的氧化锌纳米粒子具有很强的紫外带隙吸收和发光性能,表明制备的氧化锌纳米粒子结晶性好,光学性能优异.     

基于纳米氧化锌的活性染料染色棉织物耐光性能影响研究

用活性红3BSN对棉织物进行染色处理,并且通过模拟日晒实验,探讨了纳米氧化锌对活性染料染色棉织物耐光性能的影响,根据整理方法、焙烘温度、交联剂浓度、纳米氧化锌浓度等因素的不同,对不同影响因素下的染色织物根据日晒时间的不同测试其K/S值的变化.结果表明:脱色降解的最佳条件是当焙烘温度为160℃,交联剂浓度为10 g/L,纳米氧化锌浓度为0.3 g/L时,活性红3BSN脱色降解速率最快.     

以NH4Cl为矿化剂水热合成ZnO自组装微纳米结构

采用NH4Cl为矿化剂,以金属锌片为锌源,水热合成出多种不同形貌的ZnO微纳米结构.其中ZnO纳米棒及铅笔都沿[001]方向生长,结晶性很好.在水热条件下, ZnO纳米棒通常倾向于自组装成花状的结构.本文从鲍林电负性的角度揭示了形成这些微纳米结构的化学反应机理,分析了Cl 和NH+4在这些微纳米结构形成过程中所起的作用.研究结果表明:温度和填充度对ZnO纳米结构的结晶性和形貌也有重要的影响.当温度从150 ℃升至180 ℃时,ZnO纳米晶的结晶性明显更好.当填充度从60;增加到80;时,除了形成ZnO纳米棒花状自组装结构以外,在金属锌片表面还趋于生成大量的ZnO微球.     

ZnO本征半导体的点缺陷机制分析

本文根据Kroger的氧化物点缺陷拟化学平衡方法对ZnO半导体中主要点缺陷的高温热平衡浓度进行了分析和计算,在此基础上依据快速冷却条件下的缺陷"冻结"特征,揭示了室温下ZnO半导体中的亚稳态缺陷状态和载流子分布特征,从而合理揭示了ZnO晶体中点缺陷态和导电机制的依赖关系.     

Irradiation-Induced Failure of Diamond Based UV Detector

Failure of UV detectors made on microwave plasma CVD grown diamond film indicates that the damage from electrical transient at interface between metal electrodes and diamond film can cause device dark current and noise increasing. The reliability of such UV detectors related to radiation effects is considered. The abnormal generation-recombination process of free carriers is presented. The main failure mechanisms, “currents crowding effect” and “self-accelerating failure” at the grain boundary are carried out to explain the irradiation-induced failure happened in the MSM diamond UV detectors.     

溶剂热法制备Al掺杂ZnO薄膜的机理研究

采用溶剂热法在玻璃衬底上制备Al掺杂的ZnO薄膜,研究了溶剂热过程中升温、恒温和降温三个阶段分别对薄膜物相和形貌的影响,探讨了薄膜的生长机理.结果表明,升温阶段只是形核过程,基片仅在升温阶段与前驱液接触不能形成薄膜;基片在升温-恒温阶段与前驱液接触可制备(002)择优取向的薄膜;恒温阶段既有成核过程又有晶体生长过程,基片仅在恒温阶段与前驱液接触可以制备薄膜;降温阶段薄膜继续生长.     

反向微乳液法合成ZnO纳米棒及其生长机理研究

采用对比实验法,利用表面活性剂CTAB、正己烷、异丙醇和Zn2水溶液组成的反向微乳液体系制备了ZnO纳米棒,探讨了组成及工艺因素对纳米棒形貌影响,采用XRD和SEM分析技术对实验产物物相结构及形貌进行了表征.结果表明,通过调控Zn2+水溶液的浓度、水相含量与表面活性剂加入量的物质的量比(W)能更有效的控制ZnO纳米棒的长径比.     

温度对气相传输法制备氧化锌晶体生长机制影响研究

为提高气相传输法制备微纳结构样品形貌的可控性,进行了生长温度调控下氧化锌晶体生长机制及其变化的实验研究.实验中的样品制备,以高纯度锌粉末为原料,在无模板、无催化条件下,通过加热蒸发-氧化冷却-生长晶体过程实现.其中,蒸发温度固定于750℃,反应区气体氛围保持稳定,生长区温度在450～ 600℃变化,制备出不同生长温度下样品.对所制备出诸样品,应用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪和透射电子显微镜等方法,进行形貌与结构表征.基于表征结果,观察、分析、研究生长温度变化的影响,结合理论分析,得出了生长温度通过对生长过程中锌蒸汽过饱和度的影响,决定着不同生长机制,从而有着不同的形貌结构的样品.     

一步水溶液法快速合成花状纳米ZnO及其表征

以Zn(NO3)2和NaOH为原料,采用一步水溶液法,不添加任何表面活性剂,在85℃条件下反应30 min制备出形貌规则、结晶良好的三维(3-D)花状ZnO纳米晶体.用X-射线衍射仪(XRD)、场发射电子扫描显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等,分别对产物的结构和形貌进行了表征.通过对花状ZnO生长过程的研究,得出了其在液相中的生长机理.对样品的光致发光(PL)分析显示,ZnO在紫外光区有一个较强的发射,在可见光区有一个较宽的发射;通过在样品中掺杂少量过渡金属离子Co2可有效屏蔽可见光区的缺陷发光.     

助熔剂法生长ZnO晶体

采用Bi4B2O9、CdB2O4和BaB2O4为助熔剂,获得了毫米级的氧化锌单晶.Muiliken的电负性理论和Viting的平均轨道电负性提供了一个选择晶体生长所采用的助熔剂的有效方法.实验结果表明ZnO晶体的生长温度比文献报道的均低,从而有效地减少了ZnO以及助熔剂的挥发.本文给出了几种有望获得大尺寸ZnO单晶的助熔剂.     

氧分压对ZnO纳米结构的形貌及光学性能的影响

利用未采用催化剂的真空热蒸发法合成了不同形貌的硅基ZnO纳米结构,研究了氧分压对纳米ZnO结构及光学性能的影响.研究结果表明氧分压对ZnO纳米结构的形貌及光学性能具有明显的影响,在氧分压为25;、10;和5;时制得的纳米ZnO结构分别为纳米线、纳米带和纳米梳.X射线衍射测试表明制得的不同ZnO纳米材料均为六方纤锌矿结构,并具有明显的c轴择优取向性.采用PL谱对制备纳米结构的光学性能进行了测试.     

氮化铝纳米结构的生长与物性研究

氮化铝(AlN)纳米结构除了具备AlN本身宽带隙、高热导率、高击穿场强和高热稳定性等优异物理性能外,还具备表面效应和小尺寸效应所引起的独特物理和化学性质,因而受到人们的广泛关注。在国内外研究学者多年的不懈努力和研究下,目前已经能够生长结晶质量较高的AlN纳米结构,并在光学、电学和磁学等领域发挥着重要的作用。在本文中,首先探讨了包括化学气相沉积法、物理气相传输法、直流电弧放电法、氢化物气相外延法、分子束外延法等不同AlN纳米结构制备方法的研究进展。随后系统地总结了在不同方法制备过程中,温度、源、气氛、生长时间和催化剂等因素对AlN纳米结构的形貌和结晶质量的影响,并分析了它们的生长机理。最后还详细介绍和讨论了AlN纳米结构的物理性质。