硅基釩應變層制備氮化鎵及氧化鎵一維納米結構的研究.pdf

1、隨著現代科學技術的發展，人們要求材料具有更優越的物理性能，且器件的尺寸越來越微型化，這些都促使現代凝聚態物理和材料科學的研究在低維材料方面產生了極大的興趣。低維材料的研究目的主要有三個方面：(1)對發生在三維材料中的一些物理現象進行簡化描述；(2)對低維材料的奇特物理現象及其性能的發現；(3)由低維材料組成新的人工三維材料。自從1991年，日本科學家S．Iijima在石墨電極電弧放電的陰極沉積物中發現了碳納米管以來，以其為代表的一系列準

2、一維納米材料一納米管、納米線被相繼合成出來。這些準一維納米材料之所以吸引了眾多研究者的興趣，一方面是由于它們具有獨特的結構，另一方面，當材料的尺寸小到一定程度時，會表現出一系列不同于體材料的新穎的物理性質，如電學性質中的量子干涉效應、光學性質中的量子限制效應(藍移)、力學性能的極大提高等等。因此，納米材料不論對基礎理論研究，還是對納米器件的制備和應用來說，都具有十分重要的意義。對于前者而言，一維納米材料的合成，使介觀尺度的物理現象的直接

3、實驗驗證成為可能。準一維材料的研究的更大吸引力在于，它們可能是將來制造納米器件的良好材料。以納米碳管為例，它已被證明可用作高亮度的場發射電子源、納米導線、納米試管、納米探針以及用來稱量極小顆粒的“納米稱”；單層納米碳管更被發現具有超導電性；利用納米碳管和硅納米線制備的M-S納米異質結器件，具有金屬一半導體異質結二極管的整流效應。 GaN是一種直接帶隙半導體材料，室溫下帶隙是3.4 eV，是制備藍、綠發光二極管、半導體激光器的理想

4、材料。理論和實驗都證明，GaN的納米結構可以顯著提高其藍、綠光的發光性質，為制備更高集成化的高質量光電子器件奠定了基礎。 Ga2O3是一種寬禁帶半導體材料，能隙寬度Eg=4.9 eV，其導電性能和發光特性長期以來一直引起人們的關注。Ga203有5種不同的形式，即α-,β-,γ-,δ-，ε-Ga2O3。其中，在室溫下具有單斜結構的β-Ga2O3最為穩定。β-Ga2O3是一種透明的氧化物半導體材料，在光電子器件方面有廣闊的應用前景，

5、被用作Ga基半導體材料的絕緣層，以及紫外線濾光片。 本文采用氨化磁控濺射Ga2O3,/V薄膜的方法在硅襯底上合成了GaN納米結構和Ga203納米結構。通過研究不同生長條件對制備GaN納米結構和Ga2O3納米結構的影響，初步提出并探討了此方法合成GaN納米結構和Ga2O3納米結構的生長機制。 (1)我們利用磁控濺射系統先在Si襯底上制備Ga2O3/V薄膜，接著在氨氣氣氛中退火制備GaN納米結構。用X射線衍射(XRD)、傅里

6、葉紅外吸收譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、光致發光譜(PL)和高分辨透射電鏡(HRTEM)等測試手段詳細分析了GaN納米材料的結構、組分、形貌和發光特性。結果表明：合成的納米結構為六方纖鋅礦結構的GaN；氨化溫度和時間都對一維GaN納米結構的結晶質量和形貌產生很大的影響。隨著氨化溫度的升高，納米結構的結晶質量逐漸變好，直徑逐漸變大，但當氨化溫度升高到1000℃時，納米結構的結晶質量開始下降，數量開始

7、減少。GaN納米結構的生長機制可歸結為氣體一固體(VS)生長機制，其中緩沖層V使Si表面的表面能分布不再均勻，對GaN納米線的生長起到重要作用。 (2)我們利用磁控濺射系統在Si襯底上制備Ga2O3/V薄膜，增加了中間層V的厚度，接著在氨氣氣氛中退火制備Ga2O3納米結構。用X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外吸收譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)和高分辨透射電鏡(HRTEM)等測試手段詳細分析了Ga2O3納米材料的結構、組分