氮化鎵（GaN）納米線(xiàn)由于具有優(yōu)異的物理性質(zhì)和化學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn),在納米激光器、傳感器、高溫高功率器件等領(lǐng)域存在廣泛的應(yīng)用前景。納米器件性能調(diào)控的關(guān)鍵可認(rèn)為是納米材料能帶特性的調(diào)控。研究表明納米線(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控手段主要包括摻雜、尺寸、形貌、應(yīng)變、表面及界面等。如實(shí)驗(yàn)中通過(guò)在GaN納米線(xiàn)表面沉積Pt顆粒設(shè)計(jì)了室溫條件下的H₂敏感器件。基于密度泛函緊束縛理論和第一性原理方法,研究了結(jié)構(gòu)和金屬吸附對(duì)GaN納米線(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)的影響,并分析了不同金屬吸附對(duì)GaN納米線(xiàn)敏感性能的影響機(jī)理。具體完成的研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)歸納總結(jié)如下:1,通過(guò)密度泛函緊束縛理論（DFTB）系統(tǒng)地模擬了應(yīng)變和截面形狀對(duì)GaN納米線(xiàn)電子結(jié)構(gòu)的影響。由于量子限制效應(yīng),GaN納米線(xiàn)的能帶帶隙隨直徑減小而增大。更重要的是,研究獲得了GaN納米線(xiàn)能帶帶隙與比表面積（Surface area to volume ratio,S/V）線(xiàn)性通用表達(dá)式。由于納米線(xiàn)的截面形狀和直徑可以在實(shí)驗(yàn)中獲得,研究結(jié)果可用于預(yù)測(cè)氮化鎵納米線(xiàn)的能帶帶隙。此外,獲得了帶隙與GaN納米線(xiàn)中拉伸應(yīng)變之間的線(xiàn)性關(guān)系表達(dá)式。研究結(jié)果將為氮化鎵材料的... 

【文章來(lái)源】：北京工業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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GaN的兩種常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)，a)六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，b)立方閃鋅礦結(jié)構(gòu).Figure1-1Twocommoncrystalstructuresofgalliumnitride,a)wurtzite,b)zinc-blende.

北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文(室溫，3100cm2/Vs)。Bernal 等[41]通過(guò)原位透射電子顯微鏡，研究了不同微觀(guān)尺寸時(shí)，拉伸對(duì)三角形 a 軸取向(a-axis)和六邊形 c 軸取向(c-axis)的納米線(xiàn)彈性模量的影響，如圖 1-2 所示。研究發(fā)現(xiàn)截面形狀對(duì)納米線(xiàn)的楊氏模量有重要的影響，其中截面六邊形 c-axis 取向納米線(xiàn)的彈性模量，比三角形 a-axis 取向納米線(xiàn)彈性模量大，并且量子效應(yīng)更為明顯。此外理論研究表明納米線(xiàn)的電子結(jié)構(gòu)受納米線(xiàn)橫截面形狀影響比較明顯，特別是小尺寸納米線(xiàn)。Carter 等[49]研究表明，三角形的納米線(xiàn)帶隙比六邊形的納米線(xiàn)帶隙大，并且尺寸越小，納米線(xiàn)截面幾何形狀對(duì)帶隙影響越大。Wang 等[50]使用第一性原理研究了[001]取向六邊形和[100]、[11 0]取向三角形 GaN 納米線(xiàn)。結(jié)果表明六邊形的[001]納米線(xiàn)最穩(wěn)定且?guī)兑脖绕渌麅煞N結(jié)構(gòu)納米線(xiàn)的帶隙大。Xia 等[51]利用密度泛函理論研究了應(yīng)變對(duì)不同截面形狀的納米線(xiàn)電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用，研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)變可以是截面為六邊形 GaN 納米線(xiàn)能帶可以在直接帶隙與間接帶隙間轉(zhuǎn)變，而三角形截面納米線(xiàn)未出現(xiàn)類(lèi)似轉(zhuǎn)變。這表明截面形狀對(duì) GaN 納米線(xiàn)的電子結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)變響應(yīng)存在非常大的差異。

21.98 0.75 0.71 ,g x x E bulk D 線(xiàn)的直徑， , gE bulk x 為相應(yīng)成分合金體材料的帶制效應(yīng)，合金納米線(xiàn)能帶帶隙可調(diào)性?xún)?yōu)于塊體合，而且為了獲得給定的帶隙，可以調(diào)節(jié)納米線(xiàn)合線(xiàn)直徑不僅對(duì) GaN 納米線(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)有影響，對(duì)、熱學(xué)性能[61]等也有顯著的影響。Gulans 等[62]基六方纖鋅礦結(jié)構(gòu) GaN 納米線(xiàn)的力學(xué)性能，并結(jié)能量和局部數(shù)量上相似的特性，以納米線(xiàn)直徑線(xiàn)有效楊氏模量的簡(jiǎn)單模型。結(jié)果表明納米線(xiàn)的Agrawal 等[60]利用第一性原理研究計(jì)算分析了 G其直徑的關(guān)系，表明 GaN 納米線(xiàn)的壓電系數(shù)比尺寸效應(yīng)，因?yàn)?GaN 納米線(xiàn)中局部極化的變化圖 1-4 所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]無(wú)氨法制備GaN納米線(xiàn)及其光電性能研究[J]. 趙軍偉,張躍飛,宋雪梅,嚴(yán)輝,王如志.  物理學(xué)報(bào). 2014(11)



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