3c-sic纳米线的制备与发光性能研究

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1、)吴悦迪3C．SiC纳米线的制备与发光性能研究(4)表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成『F比，故其比表面积(表面积／体积)与直径成反比。随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。§1．2。2半导体纳米线上世纪90年代初，同立(Hitachi)的科学家制备出TIII—V族纳米须[6,71。到了90年代中期华盛顿大学的Willi锄Buhro组用溶．液．[司(solution—liquid—solid)方法制备TIII．V族纳米须[8】

2、。与此同时，哈佛大学的CharlesLieber组开始了无机纳米棒的研究，它们通过气相转变等方法制备了碳化物‘91和氧化物‘101的纳米棒。在众多一维纳米材料中，由于半导体纳米线的可控生长和组装，在新型的纳米光电子器件领域开启了实质性的应用潜能，半导体纳米线正成为一类非常优秀的材料，倍受研究者关注【111。在此后的几十年内，半导体纳米线的工作借鉴了早期的纳米须和纳米棒的工作。在二十世纪九十年代末，半导体纳米线经历了一个蓬勃发展的阶段‘¨皿]。纳米线以其小的直径、大的长径比、各向异性、各种奇异的结构和奇特的性能成为纳米科技的研究热点。通过近几十年的研究?半导体纳米线在纳米电子

3、器件陋1刀、功能性器件吣191、光致发光[20,21]、激光发射[22-25】、场发射[26,271、光催化[28,29]等诸多方面取得了长足的进步和发展。纳米材料制备的方法有很多种，它们大致可以分成两类，自下而上和自上而下方法。白下而上方法是指从独立的原子或者是分子建立起需要的纳米结构。对于半导体纳米线而言，制备方法包括气．液一IN(vapor．1iquid—solid，VLS)化学沉积法，固一液．固法，纳米多孔模板法和很多热还原方法。自上而下方法是通过选择性的刻蚀或纳米印刷技术减小维度的大／j、151。§1．3碳化硅(sic)材料的结构与性质SiC是Ⅳ．Ⅳ族二元化合物半

4、导体，在半导体材料的发展中，是继第一代元素半导体材料(Si、Ge等)和第二代化合物半导体材料(GaAs、GaP、InP、InAs等)之后发展起来的第三代宽带隙高温半导体材料。扬州大学硕士学位论文6C鑫自a翔O喇S{蠖隐mOnd3C图1．13C-SiC和2H-SiC的示意图2H§1．3．1SiC的结构SiC晶体结构具有同质多型的特点，已发现的结晶形态已经超过200种【301。其中只有一个是属于立方系的，即为3C-SiC或者称为13．SiC；其他的都属于六方晶系，晶体结构为六方型或是菱面六方型，分别以H或R表示，他们统称为0【．SiC。虽然SiC同质异构体很多，但是结构规律很简

5、单。从晶体学方面讲，构成SiC的两种元素Si和C，如图1．1所示【31l，每种原子被四个异种原子包围，通过定向的强四面体s矿键结合在一起，由Si．C组成的四面体组成各种密排堆结构‘321。由于其最密堆积方式，它的双层相对于晶格的位置只台1"1婪15存在三个，我们分别用A、B、C表示。图1．2表示了三种SiC的同质异构体在(1120)面上Si．C双原子层的堆积次序【30．

6、。以3C-SiC为例，Si．C原子层以ABCABC⋯⋯形式堆垛，得到了立方闪锌矿结构，称之3C．SiC；若原子层以ABAB⋯⋯形式堆垛，则会得到六方型晶体结7吴悦迪3C．SiC纳米线的制备与发光性能研究构，

7、称为2H-SiC：量●图1．2在(王羔乏o)面上Si—C双原子层的堆积次序，刚Ca)3C．SiC，(b)4H—SiC，(c)6H—SiC§1．3．2SiC特性表1．1不同多型体的SiC和Si，GaAs，Diamond材料性能参数比较带隙Eg(eV)(T<5K)电子迁移率I_te(Cm2／Vs)空穴迁移率}Jtp(cm2／Vs)饱和电子漂移速率sat(107cm／s、击穿电场Eb(106V／cm)介电常数￡，热导率X(W／cmK)热膨胀系数(10’6KJ)熔点(℃)折射率1．1214001．4385002-398003．2610003．024005．4522006004004

8、011510116001．02．02．22．02．70．311．81．52．614143．50．312．80．55．912383．449．72、4．72830(升华12．7，，'9．74．92830(升华12．71249．664．82830(升华)2．7】05．52040002．42BCA(BABCAfBA8扬州1人学硕十学位论文表1．1【33]列出了几种常见的SiC同质异构体和Si、GaAs和金刚石的基本电学和光学性能的对比。从表中得到，因为SiC的带隙比较大(Eg>2．3eV)，在相同的辐射条件下，相对于Si和