本文關(guān)鍵詞：InN納米柱的制備及物性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著半導體材料科學技術(shù)的發(fā)展,對半導體材料的研究重點已從以Si、Ge為代表的第一代半導體轉(zhuǎn)移到了現(xiàn)在以III族氮化物半導體為代表的第三代半導體。在III族氮化物半導體材料體系中,InN由于具有0.7eV的窄直接帶隙、最高的電子遷移率、電子飽和速率、尖峰響應速度以及最小的有效質(zhì)量等獨特的優(yōu)良特性,因此它是制作高效近紅外發(fā)光器件、高頻高速電子器件以及傳感器件等的理想材料。在半導體材料科學領(lǐng)域,納米材料由于具有量子尺寸效應和表面效應等優(yōu)良性質(zhì),一直是科研工作者們關(guān)注的重點。然而關(guān)于InN納米材料,尤其是InN納米柱方面的研究還相對較少。本論文開展了利用分子束外延技術(shù),基于不同生長機制的InN納米柱的制備以及物理特性表征等相關(guān)工作,優(yōu)化了InN納米柱的生長條件,取得的結(jié)果如下:1.我們通過自催化誘導法,即采用金屬In催化劑在Si(111)襯底上開展了InN納米柱的外延生長研究。研究發(fā)現(xiàn),當催化劑層過厚時,在后續(xù)納米柱的生長過程中它起不到催化劑的作用;而當催化劑層過薄時,制得的InN表面形貌較差。在In源溫度640℃,N_2流量0.40sccm,In催化劑層厚度為1nm的條件下制得了高密度、均一性好的InN納米柱樣品。XRD測試結(jié)果表明InN為c軸為擇優(yōu)取向生長,對1nm催化劑層厚度的InN的(002)面衍射峰峰位計算得出InN c軸晶格常數(shù)為0.5695nm,與理論值僅差0.14%。此外樣品的PL測試結(jié)果顯示該條件下制備的InN納米柱樣品具有更大的發(fā)光強度以及較小的半峰寬,半峰寬僅為91meV,表明其發(fā)光機制較為單一,具有最優(yōu)的光學特性。2.通過對Si襯底進行高溫氮化,在Si襯底表面形成一層SiNx薄膜層,然后利用兩步生長法開展了InN納米柱的外延生長研究。通過改變N_2流量來探究N_2流量對In N納米柱形貌和物理特性的影響。利用到的表征手段有RHEED、XRD以及PL譜。根據(jù)RHEED衍射圖樣結(jié)合XRD測試表明外延制備的InN樣品為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),同時利用納米柱的缺陷生長機理分析了制備的In N外延材料中具有大量螺型位錯這一現(xiàn)象。通過PL譜測試發(fā)現(xiàn),當N_2流量較小時,生長出的InN樣品內(nèi)存在的精細結(jié)構(gòu)使其光致發(fā)光譜在短波長處產(chǎn)生了發(fā)光肩峰;而當N_2流量過大時,InN材料的光致發(fā)光強度明顯減弱。在N_2流量為0.25sccm的優(yōu)化條件下制得的InN樣品具有最大的發(fā)光強度和最小的半峰寬。
【關(guān)鍵詞】：氮化銦 納米柱 分子束外延 自催化誘導
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 引言11-13
• 1.2 InN材料的基本特性13-15
• 1.2.1 InN材料的晶體結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.2 InN材料的電學特性14-15
• 1.2.3 InN材料的光學特性15
• 1.3 InN材料的研究進展及應用15-22
• 1.3.1 InN薄膜材料15-17
• 1.3.2 InN一維納米材料17-18
• 1.3.3 InN的應用18-22
• 1.4 InN納米柱材料的制備方法22-23
• 1.4.1 分子束外延技術(shù)22
• 1.4.2 化學氣相沉積技術(shù)22-23
• 1.4.3 熱蒸發(fā)法23
• 1.5 本論文主要研究內(nèi)容23-25
• 第二章 InN材料的分子束外延設(shè)備及樣品表征方法25-32
• 2.1 分子束外延的基本原理25-26
• 2.2 射頻等離子體分子束外延設(shè)備26-29
• 2.2.1 超高真空系統(tǒng)26-27
• 2.2.2 樣品臺加熱系統(tǒng)27
• 2.2.3 固體束源爐系統(tǒng)27
• 2.2.4 射頻等離子體源(RF Plasma source)系統(tǒng)27-28
• 2.2.5 反射式高能電子衍射(RHEED)系統(tǒng)28-29
• 2.3 樣品表征方法29-32
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)29
• 2.3.2 X射線衍射(XRD)29-30
• 2.3.3 光致發(fā)光譜(Photoluminescence spectra)30-31
• 2.3.4 反射高能電子衍射(RHEED31-32
• 第三章 基于VLS機制的InN納米柱分子束外延生長及其物理特性表征32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 半導體納米柱的生長機理32-34
• 3.2.1 氣-液-固(Vapor-Liquid-Solid, VLS)生長機理33-34
• 3.2.2 氣-固(Vapor-Solid, VS)生長機理34
• 3.2.3 模板法34
• 3.3 InN納米柱外延生長的工藝流程34-36
• 3.3.1 襯底的清洗與傳輸35
• 3.3.2 催化劑的沉積35-36
• 3.3.3 InN納米柱的外延生長36
• 3.4 溫度對制備InN納米柱陣列的影響36-39
• 3.5 大尺寸催化劑誘導對制備In N納米柱陣列的影響39-40
• 3.6 對制備InN納米柱陣列的生長條件的初步優(yōu)化40-41
• 3.7 小尺寸催化劑誘導對制備In N納米柱陣列的影響41-44
• 3.8 小結(jié)44-46
• 第四章 基于VS機制的InN納米柱MBE生長及其物理特性表征46-53
• 4.1 引言46
• 4.2 襯底的氮化46
• 4.3 InN納米柱外延生長的工藝流程46-47
• 4.4 N_2流量對InN納米柱物理特性的影響47-52
• 4.4.1 SEM分析47-48
• 4.4.2 RHEED分析48-49
• 4.4.3 XRD分析49-51
• 4.4.4 PL譜分析51-52
• 4.5 小結(jié)52-53
• 第五章 結(jié)論53-55
• 參考文獻55-58
• 作者簡介及在學期間所取得的科研成果58-59
• 致謝59

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本文編號：255181