本文關(guān)鍵詞：AlN基Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體納米材料的制備與性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：III族氮化物半導(dǎo)體材料體系,主要包括Al N、Ga N、In N及它們的二元、三元和四元合金化合物,均屬于直接帶隙半導(dǎo)體材料,帶隙寬度從In N的0.7 e V至Ga N的3.4 e V,再到Al N的6.2 e V全組分連續(xù)可調(diào)。因此,III族氮化物發(fā)光波長覆蓋了從近紅外到深紫外波段的光譜范圍。同時,III族氮化物還具有優(yōu)越的電學(xué)性能、機械性能以及耐高溫和不易受腐蝕等特性,在高溫、高頻以及大功率的光電子器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,一維氮化物納米材料在發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、光探測器、場效應(yīng)晶體管以及壓電式納米發(fā)動機等方面有廣泛的應(yīng)用空間和前景。為了滿足未來微納米器件的商業(yè)化應(yīng)用的需求,要求制備大面積高晶體質(zhì)量、制備過程簡單而低成本且性能可控的氮化物納米材料尤為必要。本論文采用化學(xué)氣相沉積法(CVD),不使用任何催化劑或模板,在多溫區(qū)水平管式爐中成功地制備出了大面積的Al N和AlxGa1-xN納米材料。系統(tǒng)地研究了Al N基納米材料在不同導(dǎo)電襯底上(石墨片和碳布)的場發(fā)射性能。同時,也系統(tǒng)研究了生長條件,如氣體流量、生長溫度、生長時間、源的蒸發(fā)溫度等,對AlxGa1-xN納米材料的形貌和組分的影響,詳細討論了不同形貌AlxGa1-xN納米材料的生長機制,并探討了AlxGa1-xN納米材料的組分與光學(xué)性能以及場發(fā)射之間的關(guān)系,取得了一些有價值且有指導(dǎo)意義的成果。歸納如下:(1)用化學(xué)氣相沉積法在柔性石墨片和碳布上成功制備得到了大面積的Al N納米結(jié)構(gòu),通過改變氣體流量、生長溫度以及生長時間等實驗參數(shù),系統(tǒng)研究了納米結(jié)構(gòu)的生長密度、形貌和襯底對場發(fā)射性能的影響,證實了合適的生長密度和襯底的優(yōu)異導(dǎo)電性有利于Al N納米結(jié)構(gòu)場發(fā)射性能的提高,基于能帶結(jié)構(gòu)的分析得知導(dǎo)電襯底在Al N納米結(jié)構(gòu)的場發(fā)射過程中保障了大量電子的供給,從而使得在導(dǎo)電襯底上制備得到的Al N納米結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的場發(fā)射性能;同時,從石墨片和碳布的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀形貌的角度來分析了碳布上Al N納米結(jié)構(gòu)的場發(fā)射性能優(yōu)于石墨片上的原因,由圓柱狀碳纖維交織而成的碳布更利于提高Al N納米結(jié)構(gòu)的場發(fā)射性能。(2)用化學(xué)氣相沉積法在Si(100)上成功制備得到了不同形貌的AlxGa1-xN納米結(jié)構(gòu),包括:納米釘、納米針、納米棒、納米花、納米枝以及納米塔。通過對樣品的結(jié)構(gòu)和形貌進行細致地表征和分析得知,所有的形貌均是組分均勻、單一晶相、沿c軸方向擇優(yōu)生長的纖鋅礦結(jié)構(gòu)。源的蒸發(fā)溫度、NH3的流量、NH3引入時襯底的溫度以及保溫時間都對AlxGa1-xN納米結(jié)構(gòu)的形貌有很大程度的影響。同時,分析和討論了各種復(fù)雜形貌AlxGa1-xN納米結(jié)構(gòu)的生長與演變均基于表面擴散相關(guān)的氣-固(VS)生長機制。與此同時,也詳細地分析了AlxGa1-xN-Ga N核-殼納米棒的結(jié)構(gòu)和生長機制,并分析了該結(jié)構(gòu)對場發(fā)射性能的影響�；谀軒ЫY(jié)構(gòu)的分析得知,AlxGa1-xN-Ga N核-殼納米棒場發(fā)射性能增強是由于AlxGa1-xN低的電子親和勢使得大量電子更加易于隧穿出去,從而在Ga N殼中聚集,而窄帶寬的Ga N自身低的電阻能夠讓更多的電子隧穿至真空中,從而得到高的場發(fā)射電流密度。(3)利用無催化劑的化學(xué)氣相沉積法制備得到了單一晶相、不同組分的AlxGa1-xN納米結(jié)構(gòu),并研究了組分對光電性能的影響。包括:①Si(100)上多組分AlxGa1-xN納米線(0.66≤x≤1)的制備。由SEM、EDS、XRD、TEM以及Raman表征可以證實制備得到了組分可調(diào)的AlxGa1-xN納米線,其結(jié)構(gòu)均是沿著c軸方向擇優(yōu)生長的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu);②基于上述多組分AlxGa1-xN納米線的實驗條件與經(jīng)驗,對其實驗參數(shù)進行微調(diào),從而在無催化劑的碳布上制備得到了單一晶相、組分均勻、全組分范圍內(nèi)可調(diào)的AlxGa1-xN納米線,其組分的調(diào)變主要是通過改變Al Cl3和Ga Cl3的蒸發(fā)溫度而實現(xiàn)的。晶格常數(shù)、Raman特征峰以及場發(fā)射的開啟和閾值電場的逐步演變不僅可以得知組分的可調(diào)變,還證實了組分的連續(xù)可調(diào)也提供了連續(xù)調(diào)控性能的可能性。柔性導(dǎo)電碳布上AlxGa1-xN納米線的成功制備為進一步研發(fā)新的柔性光電子器件提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：化學(xué)氣相沉積 納米材料 氮化物 生長機理 光學(xué)性能 場發(fā)射
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-41
• 1.1 引言13-15
• 1.2 半導(dǎo)體納米材料基本特征15-17
• 1.3 III族氮化物納米材料的研究背景17-39
• 1.3.1 AlN納米材料17-24
• 1.3.2 GaN納米材料24-31
• 1.3.3 Al_xGa_(1-x)N納米材料31-36
• 1.3.4 氮化物納米材料的生長機理36-38
• 1.3.5 目前氮化物納米材料存在的主要問題38-39
• 1.4 本課題研究意義及主要研究內(nèi)容39-41
• 1.4.1 本課題的研究意義39-40
• 1.4.2 本課題研究的主要內(nèi)容40-41
• 第二章 材料制備與表征41-47
• 2.1 材料制備原料及設(shè)備41-42
• 2.2 實驗樣品的制備42-43
• 2.3 主要表征手段43-47
• 2.3.1 X射線衍射分析43
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡分析43-44
• 2.3.3 透射電子顯微鏡分析44
• 2.3.4 能譜儀分析44
• 2.3.5 X射線光電子能譜分析44-45
• 2.3.6 顯微拉曼光譜儀分析45
• 2.3.7 光致發(fā)光光譜分析45-46
• 2.3.8 場發(fā)射性能測試分析46-47
• 第三章 柔性導(dǎo)電襯底上AlN納米結(jié)構(gòu)的制備及其場發(fā)射性能研究47-70
• 3.1 引言47-48
• 3.2 石墨片上AlN納米線的制備及其場發(fā)射性能的研究48-56
• 3.2.1 AlN納米線的制備48
• 3.2.2 AlN納米線的結(jié)構(gòu)與形貌48-52
• 3.2.3 AlN納米線的光學(xué)性能研究52-53
• 3.2.4 AlN納米線的場發(fā)射性能研究53-56
• 3.3 碳布上AlN納米結(jié)構(gòu)的制備及其場發(fā)射性能的研究56-68
• 3.3.1 AlN納米結(jié)構(gòu)的制備56-57
• 3.3.2 AlN納米結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與形貌57-61
• 3.3.3 AlN納米結(jié)構(gòu)的場發(fā)射性能研究61-68
• 3.4 本章小結(jié)68-70
• 第四章 不同形貌Al_xGa_(1-x)N納米材料的制備和性能研究70-99
• 4.1 引言70
• 4.2 Al_xGa_(1-x)N納米結(jié)構(gòu)的制備70-72
• 4.3 Al_xGa_(1-x)N納米結(jié)構(gòu)的表征及其生長機理72-97
• 4.3.1 釘狀A(yù)l_xGa_(1-x)N納米結(jié)構(gòu)72-75
• 4.3.2 針狀A(yù)l_xGa_(1-x)N納米結(jié)構(gòu)75-77
• 4.3.3 棒狀A(yù)l_xGa_(1-x)N納米結(jié)構(gòu)77-78
• 4.3.4 花狀A(yù)l_xGa_(1-x)N納米結(jié)構(gòu)78-82
• 4.3.5 多枝狀A(yù)l_xGa_(1-x)N納米結(jié)構(gòu)82-86
• 4.3.6 塔狀A(yù)l_xGa_(1-x)N納米結(jié)構(gòu)86-89
• 4.3.7 Al_xGa_(1-x)N-GaN核-殼納米棒89-97
• 4.4 本章小結(jié)97-99
• 第五章 多組分Al_xGa_(1-x)N納米材料的制備及其光電性能研究99-116
• 5.1 引言99
• 5.2 Si片上組分可調(diào)Al_xGa_(1-x)N納米線的制備及其拉曼性能研究99-105
• 5.2.1 Al_xGa_(1-x)N納米線的制備99-100
• 5.2.2 Al_xGa_(1-x)N納米線的結(jié)構(gòu)與形貌100-103
• 5.2.3 Al_xGa_(1-x)N納米線的拉曼性能研究103-105
• 5.3 碳布上全組分Al_xGa_(1-x)N納米線的制備及其光電性能研究105-115
• 5.3.1 Al_xGa_(1-x)N納米線的制備105-106
• 5.3.2 Al_xGa_(1-x)N納米線的結(jié)構(gòu)與形貌106-111
• 5.3.3 Al_xGa_(1-x)N納米線的光電性能研究111-115
• 5.4 本章小結(jié)115-116
• 結(jié)論與展望116-118
• 參考文獻118-138
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果138-140
• 致謝140-142
• 答辯委員會對論文的評定意見142

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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4 林增欽;修向前;張世英;華雪梅;謝自力;張榮;陳鵬;韓平;鄭有p

本文編號：355334