發(fā)布時(shí)間：2018-01-11 18:09

  本文關(guān)鍵詞：Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的合成和光電性質(zhì)研究　出處：《湖南大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來,隨著高性能器件的需求提高,III-V族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)因其有很高的電子遷移率以及獨(dú)特的光電性能而廣受研究者的注目。同時(shí),其在紅外光譜范圍的激光器、探測(cè)器等很多方面也有著廣泛的應(yīng)用,如國防、通訊、醫(yī)療等方面。當(dāng)代流行制備III-V族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的主要手段是金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD),分子束外延(MBE)等方法。這些設(shè)備雖然能很好地服務(wù)于產(chǎn)業(yè)化,但是其高昂的成本以及前驅(qū)體的劇毒特性局限了上述方法的大面積推廣。為了達(dá)到成本低廉、操作簡單、毒性減小等目的,本文用傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積法來制備多種III-V族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu),其中包括Ga Sb-Ga In Sb異質(zhì)結(jié)納米線,Ga As Sb合金納米線,In As納米帶和部分可調(diào)諧的Ga In PSb納米線及In As Sb合金納米線。研究制備的III-V族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的形貌、成分及其結(jié)構(gòu);利用紅外光譜測(cè)量系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行光致發(fā)光的研究;利用半導(dǎo)體參數(shù)儀測(cè)試其納米器件的電學(xué)特性;通過光電結(jié)合研究樣品在紅外光譜范圍的光電響應(yīng);本文取得的幾項(xiàng)研究成果如下:1.首次采用化學(xué)氣相沉積法制備了III-V族異質(zhì)結(jié)納米線(Ga Sb-Ga In Sb),并通過半導(dǎo)體生長過程中的原位能帶調(diào)控技術(shù),成功實(shí)現(xiàn)了具有很好整流特性的pn型異質(zhì)納米線。這種半導(dǎo)體納米線在微區(qū)光譜上能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)光峰,通過測(cè)量其不同溫度下的發(fā)光光譜,確定了兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)光峰來自于納米線中兩種不同組分的發(fā)光,從而證明合成的納米結(jié)構(gòu)是異質(zhì)結(jié)納米線�；诋愘|(zhì)結(jié)納米線的光電探測(cè)器有著較寬的光電響應(yīng)譜,并且在1.5μm近紅外通訊波段有著最強(qiáng)的響應(yīng),可以利用該探測(cè)器制備紅外通訊波段的集成器件,由于制備器件使用的是pn型異質(zhì)結(jié)納米線,可使得光電器件有著更快的響應(yīng)時(shí)間,在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量到光電探測(cè)器有著2ms的響應(yīng)時(shí)間。2.采用CVD方法制備近紅外區(qū)域的合金納米線(Ga As Sb),該合金納米線的帶隙可從0.75e V到1.424e V,樣品的發(fā)光范圍能從870nm覆蓋到1700nm,這樣樣品的吸收光譜以及光電轉(zhuǎn)化的最高值能覆蓋近紅外光通訊波段。通過調(diào)節(jié)樣品的配比實(shí)現(xiàn)Ga As0.26Sb0.74納米線的制備,并對(duì)制備的樣品進(jìn)行拉曼和成分的表征,確定納米線的組分及結(jié)晶性。通過拉曼光譜以及光致發(fā)光光譜來對(duì)樣品的組分進(jìn)行驗(yàn)證。用Ga As0.26Sb0.74納米線制備光電器件,實(shí)現(xiàn)了對(duì)近紅外區(qū)域較寬波長的紅外探測(cè),并且這一探測(cè)器在1.3μm處的光響應(yīng)及外量子效率最大,這是又一紅外光通訊波段探測(cè)最佳的探測(cè)器材料�？梢赃x擇不同組分的合金納米線從而能實(shí)現(xiàn)近紅外區(qū)域的選擇性探測(cè)。3.首次采取CVD方法實(shí)現(xiàn)III-V族半導(dǎo)體納米帶的生長,成功地制備出高質(zhì)量的In As納米帶。In As納米帶的制備成功為III-V族半導(dǎo)體納米材料注入了新成員。通過對(duì)In As納米帶的結(jié)構(gòu)和形貌表征,可以得出In As納米帶具有很高的結(jié)晶質(zhì)量并且沒有缺陷,且從透射電鏡及文獻(xiàn)調(diào)研可以得出生長出無缺陷或者很少缺陷的III-V族納米材料時(shí)需要材料的生長方向不是沿著常見的111方向生長,而是沿著閃鋅礦的非111方向及纖鋅礦的非001方向生長。對(duì)于In As納米帶的生長則是沿著110方向生長,這也為納米帶的外延提供了選擇性生長方向。通過對(duì)比試驗(yàn),以及生長環(huán)境的研究并結(jié)合生長方向的研究,探索并研究其生長機(jī)理。提出了In As納米帶生長機(jī)理的合理解釋。采用高分子有機(jī)物對(duì)納米帶的表面進(jìn)行包覆,改善了納米帶的光致發(fā)光。用In As納米帶制備了光電探測(cè)器,研究了器件的性能,并且與In As納米線光電器件進(jìn)行對(duì)比,并解釋了In As納米帶器件具有高性能的原因。由于In As本身的高遷移率特性以及納米帶的高結(jié)晶性,用其所制備的納米器件能為高頻器件在納米尺度的應(yīng)用提供新材料。
[Abstract]:In recent years , with the increasing demand of high - performance devices , the III - V semiconductor nano - structure has been widely used in many fields such as national defense , communication , medical treatment and so on . The growth mechanism of In As nanoribbons is studied by Raman spectroscopy and photoluminescence spectra .

【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN304.2;TB383.1

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