發(fā)布時(shí)間：2017-10-30 09:43

  本文關(guān)鍵詞：強(qiáng)電場(chǎng)作用下立方氮化硼晶體的真空紫外光發(fā)射研究

  更多相關(guān)文章： 立方氮化硼晶體 電流-電壓特性 電致發(fā)光 真空紫外光

【摘要】：立方氮化硼(cubic boron nitride, cBN)晶體是間接帶隙半導(dǎo)體材料,導(dǎo)帶底在X能谷,價(jià)帶頂在Γ點(diǎn),其禁帶寬度為6.3eV。本文主要研究了立方氮化硼的電致發(fā)光特性,具體研究了在大氣環(huán)境和低氣壓中強(qiáng)電場(chǎng)下立方氮化硼對(duì)氣體放電的促進(jìn)作用,以及立方氮化硼在高真空環(huán)境下電致發(fā)射真空紫外光(VUV)的現(xiàn)象。首先,我們研究了在常壓和低壓環(huán)境中強(qiáng)電場(chǎng)作用下cBN晶體的電致發(fā)光對(duì)氣體放電的促進(jìn)作用。由于針-板電極間所形成的電場(chǎng)是極不均勻的電場(chǎng),理論上,針尖尺寸無窮小,針尖附近的電場(chǎng)可以達(dá)到無窮大。在針-板電極之間施加直流高電壓可以使得電極間隙中的氣體產(chǎn)生電離,出現(xiàn)放電現(xiàn)象。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)氣壓在萬帕量級(jí)的條件下,強(qiáng)電場(chǎng)作用下氣體放電本身比較容易,cBN晶體的電致輻射對(duì)氣體放電的促進(jìn)作用不是很明顯。隨著真空度的提高,我們發(fā)現(xiàn),在氣體放電相對(duì)較困難的情況下,強(qiáng)電場(chǎng)作用下的cBN晶體對(duì)氣體放電具有顯著的促進(jìn)作用。我們分析,這是由于cBN晶體在強(qiáng)電場(chǎng)作用下的電致輻射致使氣體分子被電離并再復(fù)合時(shí)導(dǎo)致了氣體的放電現(xiàn)象。其次,為更好地研究cBN晶體的電致發(fā)光,并避免空氣放電對(duì)cBN晶體的電致輻射的影響,我們研究了高真空下cBN晶體電流-電壓(Ⅰ-Ⅴ)特性。采用針電極-cBN晶體-板電極的結(jié)構(gòu),通過針電極接觸顏色分區(qū)的cBN晶體的不同晶面的不同顏色區(qū)域,分別研究了各種情況下的cBN晶體的Ⅰ-Ⅴ特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同偏壓下,當(dāng)針電極接觸cBN晶體無色透明區(qū)時(shí),電流較小,說明透明區(qū)域的雜質(zhì)和缺陷較少,電阻率較高,為近本征區(qū)；而在針電極接觸cBN晶體琥珀色區(qū)時(shí),電流較大,說明琥珀色區(qū)域雜質(zhì)和缺陷較多,電阻率相對(duì)較低。高真空下cBN晶體Ⅰ-Ⅴ特性信息將有助于深入研究cBN晶體的電致輻射機(jī)理。最后,在真空度約為2×10-3Pa的情況下,我們研究了針-板電極結(jié)構(gòu)cBN晶體的電致發(fā)光現(xiàn)象。我們用自制的涂有對(duì)波長(zhǎng)130-200 nm敏感的熒光粉的熒光罩檢測(cè)cBN晶體在真空中的電致發(fā)光現(xiàn)象,肉眼觀察到熒光粉被cBN晶體電致發(fā)射的VUV激發(fā)出的綠色熒光。用真空光譜儀測(cè)得cBN晶體電致發(fā)射的VUV波長(zhǎng)大約為149 nm。關(guān)于cBN晶體電致輻射VUV的可能機(jī)制,我們采用電子在cBN的能帶間的躍遷和轉(zhuǎn)移以及Γ能谷電子和價(jià)帶頂Γ點(diǎn)附近的空穴直接復(fù)合過程來解釋。而直接復(fù)合發(fā)出VUV的電子和空穴的產(chǎn)生可能有三種機(jī)理,一種可能是強(qiáng)電場(chǎng)下cBN晶體發(fā)生本征雪崩擊穿,導(dǎo)致了價(jià)帶頂Γ附近的電子躍遷到了導(dǎo)帶底X能谷處,在價(jià)帶頂Γ點(diǎn)附近產(chǎn)生空穴；第二種可能是,在高壓下,從針-板電極的陰極向cBN晶體的導(dǎo)帶底X能谷注入大量電子,同時(shí)陽極向價(jià)帶頂注入大量空穴；第三種可能是,cBN晶體的帶隙中的雜質(zhì)和缺陷能級(jí)被電離,從而使電子躍遷到導(dǎo)帶底,空穴躍遷到價(jià)帶頂。以上三種可能機(jī)制在導(dǎo)帶底X能谷中產(chǎn)生的電子隨后被強(qiáng)電場(chǎng)轉(zhuǎn)移到了能量更高的r能谷中,然后r能谷中的電子和價(jià)帶頂r附近的空穴發(fā)生了復(fù)合,發(fā)射出了149nm的VUV。有關(guān)cBN晶體的電致發(fā)射VUV的物理機(jī)理還有待于深入研究。
【關(guān)鍵詞】：立方氮化硼晶體 電流-電壓特性 電致發(fā)光 真空紫外光
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 立方氮化硼國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 研究?jī)?nèi)容13-15
• 第2章 立方氮化硼晶體的性質(zhì)與應(yīng)用15-23
• 2.1 立方氮化硼結(jié)構(gòu)分析15-16
• 2.2 立方氮化硼的基本性質(zhì)16-20
• 2.3 立方氮化硼的應(yīng)用20-21
• 2.4 本章小結(jié)21-23
• 第3章 常壓和低壓下立方氮化硼晶體電致發(fā)光及特性研究23-41
• 3.1 立方氮化硼晶體電致發(fā)光實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備23-33
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)電路及設(shè)備23-24
• 3.1.2 針板電極結(jié)構(gòu)24-29
• 3.1.3 cBN實(shí)驗(yàn)樣品及其表面極性判定29-33
• 3.2 大氣環(huán)境下cBN晶體電致發(fā)光及其促進(jìn)氣體放電特性研究33-35
• 3.2.1 常壓下cBN晶體電致發(fā)光誘導(dǎo)氣體放電實(shí)驗(yàn)33-35
• 3.2.2 常壓下強(qiáng)電場(chǎng)中的cBN晶體促進(jìn)氣體電暈放電的原因35
• 3.3 低壓環(huán)境下cBN晶體電致發(fā)光誘導(dǎo)氣體輝光放電特性研究35-39
• 3.3.1 低壓環(huán)境中強(qiáng)電場(chǎng)下cBN晶體誘導(dǎo)電致發(fā)光實(shí)驗(yàn)36-38
• 3.3.2 強(qiáng)電場(chǎng)下cBN晶體誘導(dǎo)氣體輝光放電的原因38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第4章 立方氮化硼晶體真空紫外光(VUV)發(fā)射研究41-63
• 4.1 空間電荷限制電流理論41-43
• 4.2 高真空度下cBN晶體電致發(fā)光實(shí)驗(yàn)43-46
• 4.2.1 用等離子體電視熒光粉檢測(cè)cBN晶體電致發(fā)射VUV43-45
• 4.2.2 改進(jìn)的檢測(cè)cBN晶體電致發(fā)射VUV的裝置45-46
• 4.3 cBN單晶真空電致發(fā)射VUV時(shí)的Ⅰ-Ⅴ特性分析46-56
• 4.4 立方氮化硼晶體電致真空紫外光發(fā)射機(jī)理分析56-60
• 4.4.1 cBN晶體電致真空紫外發(fā)射光譜56-57
• 4.4.2 cBN晶體電致發(fā)射VUV機(jī)理分析57-60
• 4.5 本章小結(jié)60-63
• 第5章 總結(jié)與展望63-65
• 5.1 總結(jié)63-64
• 5.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 作者簡(jiǎn)介及科研成果71-73
• 致謝73

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本文編號(hào)：1117167