發(fā)布時間：2021-08-16 21:30

　　氮化鋁（AlN）納米結(jié)構(gòu)除了具備AlN本身寬帶隙、高熱導(dǎo)率、高擊穿場強和高熱穩(wěn)定性等優(yōu)異物理性能外,還具備表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)所引起的獨特物理和化學(xué)性質(zhì),因而受到人們的廣泛關(guān)注。在國內(nèi)外研究學(xué)者多年的不懈努力和研究下,目前已經(jīng)能夠生長結(jié)晶質(zhì)量較高的AlN納米結(jié)構(gòu),并在光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。在本文中,首先探討了包括化學(xué)氣相沉積法、物理氣相傳輸法、直流電弧放電法、氫化物氣相外延法、分子束外延法等不同AlN納米結(jié)構(gòu)制備方法的研究進展。隨后系統(tǒng)地總結(jié)了在不同方法制備過程中,溫度、源、氣氛、生長時間和催化劑等因素對AlN納米結(jié)構(gòu)的形貌和結(jié)晶質(zhì)量的影響,并分析了它們的生長機理。最后還詳細介紹和討論了AlN納米結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)。 

【文章來源】：人工晶體學(xué)報. 2020,49(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：24 頁

【部分圖文】：

在不同的溫度和NH3流量下生成的AlN納米結(jié)構(gòu)[88]

過渡金屬Co、Mg、Mn和Fe摻雜的AlN納米結(jié)構(gòu)在室溫下均具有鐵磁性,如圖11(a)～(d)所示,研究認為,鐵磁性的來源主要有以下幾種可能性:(1)金屬團簇或金屬氧化物團簇[29,31,47,105];(2)金屬離子占據(jù)Al離子時生成的金屬-N絡(luò)合物[27,29];(3)被空位捕獲的電子與周圍軌道離子相反的自旋方向所導(dǎo)致的磁化[31]。然而磁性元素作為摻雜劑會引起金屬團簇的析出,導(dǎo)致AlN納米結(jié)構(gòu)的磁效應(yīng)來源并不明確,引起鐵磁性來源的爭議。為了避免磁性金屬團簇析出所帶來的影響,非磁性金屬元素Ca、Cu以及非磁性稀土元素Y、Sc、Tm被用作摻雜劑以提升AlN納米結(jié)構(gòu)的鐵磁性。從圖11(e)～(i)中可以發(fā)現(xiàn),非磁性元素摻雜的AlN納米結(jié)構(gòu)在室溫下同樣具有較好的鐵磁性。對于非磁性金屬摻雜的AlN納米結(jié)構(gòu),鐵磁性來源于AlN本身,存在以下幾種來源:(1)N和金屬態(tài)之間的強雜化效應(yīng),導(dǎo)致金屬原子和相鄰N原子磁化,使得金屬-N絡(luò)合物中存在磁矩[28,30];(2)摻雜劑的引入降低了Al空位的形成能,引入了Al空位[32-33,48,129];(3)未配對電子之間鐵磁有序的產(chǎn)生[130-131]。3.4 光學(xué)特性

余輝效應(yīng)是由入射光照射半導(dǎo)體而引起的發(fā)光現(xiàn)象,來源是基于半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)能級捕獲了來自價帶的被光子激發(fā)的電子,這些電子需要先脫離雜質(zhì)能級并進入導(dǎo)帶后再躍遷回價帶,因此需要延遲一段時間才會發(fā)光,因而出現(xiàn)了余輝效應(yīng),延遲時間較長的被稱為長余輝效應(yīng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)宋波等[136]認為AlN的長余輝效應(yīng)是由AlN納米結(jié)構(gòu)中的復(fù)合缺陷(VNAli)結(jié)合其固有的晶格振動特性而產(chǎn)生的,如圖12(a)所示為AlN長余輝效應(yīng)測試示意圖。當利用254 nm激光照射AlN納米線2 min后,0～300 s的余輝曲線(見圖12(c))表明其衰減曲線主要包含快速衰減和緩慢衰減兩個部分,余輝時長可持續(xù)5 min以上,而裸眼觀察的余輝效應(yīng)持續(xù)時長超過10 min。當照射光波長增大到365 nm時,僅能觀察到微弱的紫色發(fā)光,且沒有明顯的余輝效應(yīng)(見圖12(b))。4 結(jié) 論

【參考文獻】：
期刊論文
[1]PVT法AlN單晶生長技術(shù)研究進展及其面臨挑戰(zhàn)[J]. 付丹揚,龔建超,雷丹,黃嘉麗,王琦琨,吳亮.  人工晶體學(xué)報. 2020(07)
[2]PVT法鎢坩堝系統(tǒng)中自發(fā)生長自支撐AlN單晶及其表征分析[J]. 龔建超,朱如忠,劉歡,王琦琨,李哲,張剛,吳亮.  人工晶體學(xué)報. 2020(07)
[3]行星式MOCVD反應(yīng)器進口結(jié)構(gòu)對AlN生長的氣相反應(yīng)和生長速率的影響[J]. 茅艷琳,左然.  人工晶體學(xué)報. 2020(07)
[4]等離子體輔助法制備白光AlN納米棒[J]. 謝國青,吳宛澤,李夢濤,于千惠,王秋實.  科教導(dǎo)刊(下旬). 2019(08)
[5]氮化法合成摻釔氮化鋁納米線[J]. 王秋實,吳宛澤,謝永輝,王維龍.  電子元件與材料. 2019(02)
[6]Controlling morphology evolution of AIN nanostructures:influence of growth conditions in physical vapor transport[J]. Lei Jin,Hongjuan Cheng,Jianli Chen,Song Zhang,Yongkuan Xu,Zhanping Lai.  Journal of Semiconductors. 2018(07)
[7]氮化鋁納米線直接氮化制備工藝優(yōu)化及形成機理分析[J]. 李陽,陳奎.  人工晶體學(xué)報. 2015(08)
[8]氮化鋁納米錐的低溫生長與場發(fā)射性能(英文)[J]. 裴笑竹,賴宏偉,張永亮,蔡婧,吳強,王喜章.  無機化學(xué)學(xué)報. 2014(07)
[9]高壓下AlN納米帶的Raman光譜特性[J]. 李雪飛,孔令男,沈龍海,高銘,胡廷靜,李明,楊景海.  吉林大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版). 2014(01)
[10]非磁性元素Ca摻雜AlN稀磁半導(dǎo)體納米棒陣列[J]. 婁陽.  材料導(dǎo)報. 2012(S2)



本文編號：3346430