本文關(guān)鍵詞：石墨烯上GaN、AlN的成核與應(yīng)力分析研究

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【摘要】：氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)等寬禁帶半導(dǎo)體材料是短波長光電子器件、高溫和大功率電子器件的重要材料。石墨烯作為二維網(wǎng)狀材料,因其表面沒有懸掛鍵,層與層之間是弱相互作用的范德瓦耳斯力,將其用作襯底生長三維材料具有方便剝離易轉(zhuǎn)移的優(yōu)點。研究氮化鎵、氮化鋁在石墨烯襯底上的生長,發(fā)展易剝離的氮化鎵、氮化鋁襯底對于生長高質(zhì)量自支撐氮化物和生產(chǎn)易轉(zhuǎn)移、柔性光電器件具有重要意義。本論文主要研究了石墨烯與GaN、AlN在生長方式上的結(jié)合,包括石墨烯的制備以及石墨烯上GaN、AlN的成核。本論文也對石墨烯上GaN內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了分析。論文采用掃描電子顯微鏡、陰極熒光光譜、透射電子顯微鏡等表征手段對石墨烯及石墨烯上GaN、AlN的成核進(jìn)行了分析研究。論文采用拉曼光譜對石墨烯上GaN內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了分析研究。本論文主要分如下幾部分內(nèi)容進(jìn)行研究:1.采用了兩種方案對不同石墨烯上GaN的成核進(jìn)行了研究,一種是在固態(tài)碳源石墨烯上生長GaN,另一種是在碳化硅(SiC)外延石墨烯上生長GaN。兩種方案在襯底選擇、石墨烯制備方式及GaN成核機(jī)制上均不同。第一種方案采用SiO2/Si襯底上固態(tài)碳源低溫直接生長石墨烯,GaN在石墨烯上首先生長多晶成核層,后擇優(yōu)取向生長;第二種方案采用SiC上高溫外延生長石墨烯,石墨烯在SiC臺階處缺陷密度較高,在高溫和H2的作用下臺階處石墨烯出現(xiàn)穿孔,GaN在穿孔處的SiC表面成核,合并后外延生長。2.進(jìn)一步采用兩種方法研究了石墨烯上AlN的成核,一種為石墨烯轉(zhuǎn)移至藍(lán)寶石襯底后生長AlN,另一種是在SiC外延石墨烯上直接生長AlN。第一種方法中,石墨烯由于高溫下H2刻蝕出現(xiàn)孔洞,AlN在裸露的藍(lán)寶石表面成核后側(cè)向外延生長;第二種方法中,石墨烯表面經(jīng)長時間H2刻蝕形成高密度缺陷,AlN在石墨烯缺陷處成核并繼續(xù)生長。3.本論文最后對石墨烯上氮化鎵內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了分析和計算,石墨烯對表面氮化鎵內(nèi)部應(yīng)力釋放明顯。本論文也實現(xiàn)了石墨烯上氮化鎵的剝離,獲得了大尺寸自支撐氮化鎵微米柱。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 氮化鎵 氮化鋁 應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71;TN304
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-28
• 1.1 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)性質(zhì)及制備方法11-15
• 1.2.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)11-14
• 1.2.2 石墨烯的制備方法14-15
• 1.3 GaN、AlN的結(jié)構(gòu)性質(zhì)及制備方法15-19
• 1.3.1 GaN的結(jié)構(gòu)性質(zhì)15-17
• 1.3.2 AlN的結(jié)構(gòu)性質(zhì)17-18
• 1.3.3 HVPE法制備氮化物18-19
• 1.4 石墨烯和氮化物的主要表征手段19-25
• 1.5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀25-27
• 1.6 論文工作安排27-28
• 第二章 石墨烯上GaN的成核研究28-41
• 2.1 引言28
• 2.2 固態(tài)碳源制備的石墨烯上GaN成核研究28-35
• 2.2.1 固態(tài)碳源低溫石墨烯的制備28-32
• 2.2.2 GaN微米柱成核生長32
• 2.2.3 結(jié)果與討論32-35
• 2.3 SiC退火外延石墨烯上GaN成核研究35-40
• 2.3.1 SiC上石墨烯的外延生長35-36
• 2.3.2 GaN微米柱成核生長36
• 2.3.3 結(jié)果與討論36-40
• 2.4 本章總結(jié)40-41
• 第三章 石墨烯上AlN的成核研究41-49
• 3.1 引言41
• 3.2 石墨烯/藍(lán)寶石上AlN的成核研究41-45
• 3.2.1 石墨烯的制備及AlN的生長41-42
• 3.2.2 結(jié)果與討論42-45
• 3.3 SiC外延石墨烯上AlN的成核45-47
• 3.3.1 石墨烯襯底準(zhǔn)備及AlN生長45
• 3.3.2 結(jié)果與討論45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第四章 GaN微米柱的剝離及應(yīng)力分析49-53
• 4.1 引言49
• 4.2 GaN微米柱的剝離及表征49-51
• 4.3 GaN微米柱應(yīng)力分析51-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第五章 總結(jié)和展望53-55
• 5.1 本論文工作總結(jié)53-54
• 5.2 對未來工作的展望54-55
• 參考文獻(xiàn)55-60
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文60-61
• 致謝61-62

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