【摘要】：III-V族窄帶隙半導(dǎo)體納米線具有禁帶寬度小、載流子遷移率高、電子有效質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn),不但能夠用于基礎(chǔ)物理現(xiàn)象如Majorana費(fèi)米子探測(cè)方面的研究,而且在未來的納米級(jí)光電器件、紅外探測(cè)、氣體傳感、自旋電子學(xué)等領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景�；谏鲜鲈�,III-V族窄帶隙納米線成為了近些年來的研究熱點(diǎn)之一。在本論文中,我們通過分子束外延生長并在Au催化劑輔助下進(jìn)行了III-V族窄帶隙納米線的制備工作,并通過掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線能量分散譜儀等對(duì)所得納米線的形貌、結(jié)構(gòu)、組分進(jìn)行了詳細(xì)的表征與分析,同時(shí)也對(duì)所得納米線進(jìn)行Raman散射和電學(xué)特性的初步研究。我們研究了生長溫度變化對(duì)In As納米線形貌和晶體結(jié)構(gòu)的影響,確定了適合In As納米線生長的溫度區(qū)間,并獲得了形貌均勻的、不含缺陷的高質(zhì)量纖鋅礦(WZ)結(jié)構(gòu)In As納米線。同時(shí)我們也探索了襯底取向變化對(duì)In As納米線生長的影響,不管襯底取向如何變化,沿111B方向的In As納米線生長始終居于主導(dǎo)地位。Raman散射譜證實(shí)了樣品整體上的均勻性和WZ結(jié)構(gòu),而In As納米線場效應(yīng)晶體管的高開關(guān)比則說明了納米線良好的電學(xué)特性。通過在In As納米線生長過程中引入Bi氣氛,我們對(duì)In As納米線的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成功的調(diào)控。Bi氣氛的引入可以使In As納米線由WZ結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殚W鋅礦(ZB)結(jié)構(gòu),而當(dāng)Bi氣氛供給中止后,In As納米線會(huì)通過一個(gè)結(jié)構(gòu)漸變過程再次返回到WZ結(jié)構(gòu)。不過隨著Bi氣氛的逐漸增大,ZB結(jié)構(gòu)在In As納米線中所占的比重越來越大,最終我們獲得了純ZB結(jié)構(gòu)的In As納米線。Bi氣氛對(duì)In As納米線進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控的物理機(jī)制在于,Bi元素具有很強(qiáng)的表面活性劑效應(yīng),它能夠有效地改變In原子在襯底表面的擴(kuò)散行為,從而影響到納米線的晶體結(jié)構(gòu)。我們通過順序化氣—液—固(VLS)生長法成功地制備出了In As/In As Bi異質(zhì)“納米樹”結(jié)構(gòu)。In As納米“樹干”是在Au催化的VLS機(jī)制下進(jìn)行的,而In As Bi納米“樹枝”的生長則是基于Bi催化的VLS機(jī)制。在In As納米線生長過程中我們通入非常高的Bi氣氛,在已有納米線側(cè)面形成的Bi液滴然后通過VLS機(jī)制誘導(dǎo)In As Bi納米線在已有In As納米線側(cè)面上的生長。在這項(xiàng)研究工作中,我們發(fā)現(xiàn)Bi元素能夠同時(shí)發(fā)揮摻雜劑和催化劑的作用。我們同時(shí)進(jìn)行了In As/In Sb異質(zhì)納米線的分子束外延生長工作,發(fā)現(xiàn)隨著生長溫度和V/III束流比的改變,In Sb納米線的生長模式也在VLS機(jī)制主導(dǎo)的軸向生長和遵循氣—固生長機(jī)制(VS)的橫向生長之間轉(zhuǎn)變,這幫助我們同時(shí)獲得了In As/In Sb軸向異質(zhì)納米線和In As/In Sb核—?dú)そY(jié)構(gòu)納米線。在軸向異質(zhì)納米線中,In As和In Sb分別形成了不含缺陷的WZ和ZB結(jié)構(gòu),且WZ In As-ZB In Sb異質(zhì)界面非常陡峭,結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?cè)谝粌蓚�(gè)原子層的厚度內(nèi)便已完成,這說明我們成功地獲得了高質(zhì)量的In As/In Sb軸向異質(zhì)納米線結(jié)構(gòu)。最后我們進(jìn)行了Ga As/Ga Sb異質(zhì)納米線的分子束外延生長并討論了其生長機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),Ga Sb納米線的生長溫度區(qū)間非常窄,并且在我們所研究的V/III束流比范圍內(nèi)Ga Sb總是傾向于在Ga As納米線側(cè)面上進(jìn)行橫向生長,使我們最終獲得了Ga As/Ga Sb核—?dú)そY(jié)構(gòu)納米線。同時(shí)Ga As/Ga Sb納米線的頭部還常常會(huì)形成純Ga Sb納米盤。透射電子顯微鏡分析表明,Ga As/Ga Sb納米線為WZ結(jié)構(gòu),但含有較多的面缺陷,而Ga Sb納米盤則為純ZB結(jié)構(gòu)。需要指出的是,這也是WZ結(jié)構(gòu)Ga Sb納米線和Ga As/Ga Sb核—?dú)そY(jié)構(gòu)的首次報(bào)道。鑒于核—?dú)そY(jié)構(gòu)納米線的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),該成果將有助于推動(dòng)III-V族窄帶隙核—?dú)そY(jié)構(gòu)納米線研究的進(jìn)一步發(fā)展。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;TN304.23

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本文編號(hào)：2792059