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...     

基于PASCO平台的超声光栅实验设计及应用

利用PASCO物理平台实验附件可组装性强的特征,设计与搭建了超声光栅实验装置,获得了清晰、直观的超声光栅衍射光强分布图,并利用极值查找等数据处理工具确定精确的衍射条纹位置.在此基础上,通过测量与计算得到了不同酒精溶液浓度下的超声波声速.     

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.     

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.     

Pr3+,Yb3+共掺YPO4下转换材料的制备及其转光效率

采用固相反应法制备了Pr³⁺,Yb³⁺共掺杂的YPO₄下转换发光粉体,并在450 nm光激发条件下,研究了Yb³⁺不同摩尔分数(0%,1%,2%,4%,20%,30%)对转光效率的影响。结果表明:不同Yb³⁺浓度的样品,其荧光峰强度不同,这可能是由于Pr³⁺-Yb³⁺之间Yb³⁺浓度不同存在能量传递效率差异的原因。研究也发现了样品的下转换发光,其能量传递过程为:Pr³⁺:³P₀→Yb³⁺:²F_5/2+²F_5/2。荧光光谱测试结果表明,Yb³⁺的最佳掺杂摩尔分数为2%。Pr³⁺,Yb³⁺共掺杂的YPO₄材料在提高太阳能电池光电转换效率方面具有潜在的应用。     

A simple method to synthesize worm-like AlN nanowires and its field emission studies

The worm-like AlN nanowires are fabricated by the plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) on Si substrates through using Al powder and N₂ as precursors, CaF₂ as fluxing medium, Au as catalyst, respectively. The as-grown worm-like AlN nanowires each have a polycrystalline and hexagonal wurtzite structure. Their diameters are about 300 nm, and the lengths are over 10 μm. The growth mechanism of worm-like AlN nanowires is discussed. Hydrogen plasma plays a very important role in forming the polycrystalline structure and rough surfaces of worm-like AlN nanowires. The worm-like AlN nanowires exhibit an excellent field-emission (FE) property with a low turn-on field of 4.5 V/μm at a current density of 0.01 mA/cm² and low threshold field of 9.9 V/μm at 1 mA/cm². The emission current densities of worm-like AlN nanowires each have a good stability. The enhanced FE properties of worm-like AlN nanowires may be due to their polycrystalline and rough structure with nanosize and high aspect ratio. The excellent FE properties of worm-like AlN nanowires can be explained by a grain boundary conduction mechanism. The results demonstrate that the worm-like AlN nanowires prepared by the proposed simple and the PECVD method possesses the potential applications in photoelectric and field-emission devices.     

两种取向结构AlN薄膜的场发射测试分析

近年来,由于AlN薄膜具有负的电子亲和势而可能具有良好的场发射特性,其相关研究引起了人们的关注[1,2].为改善薄膜结构场发射特性,可采用材料改性,如重掺杂方法[1,2],完善其能带结构,使得场隧穿电子能力增强.但人们很少关注内在材料原子结构排列方式对于场发射性能的影响.而纳米碳管[3]被发现具有极为优异的场发射特性.最近,研究也发现AlN纳米管具有非常优异的发射性能[4].一般而言,纳米管材料原子结构排列方式具有高度的取向特性,这是否意味着择优取向性材料将可能具有更优异的场发射特性,并且是否可以考虑从完善AlN薄膜取向特性来提高其场发射性能.本文将通过比较两种取向结构的AlN薄膜场对于其发射性能的影响,结果表明,对于单一择优取向的AlN薄膜具有更为优异的场发射特性,这也验证了高度取向性结构对提高AlN薄膜场发射性能是完全可能的.但据我们所知,尚无相关系统研究涉及到材料取向特性对场发射性能的影响,因此,取向薄膜场发射研究将具有较重要的科学意义与发展前景.     

立方(Ba0.5Sr0.5)TiO3高压诱导带隙变化的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算研究了 (Ba_0.5Sr_0.5)TiO₃ (BST) 晶体在高压下的电子结构及能带变化行为. 研究结果发现,随着压强的增加,BST能带间隙先增加,在压强为55 GPa时达到最大值,然后减小,这些有趣的结果将有助于开发与设计新的BST铁电器件. 进一步地,通过电子态密度和密度分布图的研究分析可知:在低压区域(055 GPa),则是出现的离域现象占主导(电子的离域作用超过键态的作用),从而使带隙减小. 关键词： 钛酸锶钡 第一性原理 高压 能带间隙     

半导体超晶格系统中的磁电调控电子自旋输运研究

通过采用转移矩阵方法求解自旋电子隧穿过程,理论研究了半导体超晶格系统中电子自旋输运的磁电调控行为.结果表明：仅对超晶格系统施以磁调制,隧穿系数将出现自旋分裂,随磁场增强,电导自旋极化率变大且展宽于费米能区;若选取不变磁场情况,同时施以间隔周期电场调制,超晶格的电子极化率将有更为显著地提高.进一步发现,随电场强度的改变,电子自旋输运行为显然存在两个明显不同区域,下自旋电子将在不同调制区域表现为不同的变化趋势.然而,若对周期磁超晶格施加间隔两周期的电调制,自旋电导输运的临界行为消失,电导极化率在高能区的共振峰 关键词： 半导体超晶格 自旋输运 磁电调控     

氧空位对ZnO基(110)二维膜材料电子结构的影响研究

在密度泛函理论方法的基础上,系统研究了本征氧化锌和氧空位氧化锌的(110)二维膜材料的形成和电子结构性质.计算分析结果表明,ZnO的本征(110)二维膜比氧空位的(110)二维膜稳定性高,ZnO的(110)二维膜有失去氧的倾向.本征ZnO的(110)膜为直接带隙型材料,带隙宽度为2.3 eV,氧空位(110)膜为间接带隙型材料,带隙宽度为1.877 eV.氧空位的(110)膜导带向下移动,并且导带中的能级简并化.氧空位(110)膜材料的导带底能级有2个能谷,分别位于1.877 eV和1.88 eV,这些位置的能级有效质量比本征膜大幅度增大,这些位置的电子速度普遍较低. ZnO的(110)膜产生氧空位之后,Zn的s电子参与形成其价带顶能级.氧空位(110)膜材料中Zn-O键的混合型结合倾向增大.