sic、gan半导体纳米材料及阵列的合成、性能与机理研究

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1、摘要近年来宽带隙半导体SiC、GaN和Ga203准一维纳米材料已引起了人们极大的兴趣，这些纳米材料具有许多独特的性能并且在光、电及机械等方面具有极大的应用潜能。本文对这些准一维纳米材料的合成、显微结构及物性进行了系统研究。主要结果如下：于自制石墨反应室中，用简单的气相化学反应法，在无空间限制和较低的温度下，合成出大量的高质量不带和带有非晶Si02包覆层的p—SiC纳米线。本试验选用经球磨后的Si和Si02混合粉体及C3H6气体为初始原料。通过控制Si和Si02粉体的比例及其它工艺条件，可以分别得到不带和带有非晶Si02包覆层的两种纳米结构。结果分析表明：不带包覆层和带有包覆层的芯部的纳米线均

2、为立方结构13-SIC单晶，而外包覆层为非晶5i02。两种结构中的p—SiC纳米线的轴线方向均为<111>方向。对上述两种不同纳米结构，分别提出了两种可能的生长机理。拉曼和荧光光谱分析表明：两种纳米结构均显示出了不同于以前观察的块体B—SiC材料的独特性能。用简单的气相化学反应法，在1230℃条件下，于多孑L阳极越203薄膜上合成出大面积高度定向的p-sic纳米线阵列。场发射扫描电镜(FE-SEM)，能量损失X-Ray谱仪(EDX)，X-Ray衍射仪(XRD)，透射电镜(TEV0，选区电子衍射(SAED)和高分辨透射电镜(HRTEM)结果表明：生长在A1203薄膜的均匀孔中的纳米线组成了高度

3、定向的纳米结构，纳米线是具有立方晶型的B—SiC单晶体，并且具有30．60nm的直径和89m的长度。纳米线是实心的并且表面清晰不带有任何包覆层，其轴线方向是<111>方向，并且在纳米线内部有高密度面缺陷。最后对其生长机理进行了讨论。用简单气相化学反应法，于自制石墨反应室中，在无空间限制和较低温度下，合成出大面积新型二维半导体SiC纳米线网。EDX，XRD和HRTEM表明：直径为20一70rim的纳米线是具有立方结构的p-SiC单晶，并且其生长方向是[111]方向。并讨论了纳米线网的生长机理。通过使用金属镓与氨气反应的方法，在单晶氧化镁基片上用金属银作催化剂，合成出GaN纳米环、纳米带和纳米线

4、。FE—SEM，EDX和XRD表明三种低维纳米结构均为纤维锌矿Gain。不同结构GaN纳米材料的形成机制被讨论。在三种Gab／纳米材料的拉曼谱中，发现了一些不同于以前观察到的新特性。通过金属镓与氨气反应，在经化学刻蚀后的MgO单晶基片表面，以金作催化剂制备出规则排列的GaN纳米棒阵列。FE—SEM，EDX，XRD，SAED和HRTEM结果表明：规则排列的纳米棒是具有六方晶系纤锌矿结构的GaN单晶体，并且从塑苎三些盔兰翌圭堂竺鲨苎底部到顶部具有塔形形貌，这一现象与理论推导结果一致。我们认为MgO单晶基片上形成的规则排列的带有台阶的四方形刻蚀坑及不连续的Au膜对形成规则排列的GaN纳米棒阵列起着

5、非常重要的作用。用化学气相沉积法，在经过特殊处理的MgO单晶基片上成功地合成出一种新形态的GaN低维纳米材料一一GaN纳米镊子。结果分析表明：纳米镊子是由底部的一根纳米棒和上部的两根纳米针组成，并且纳米镊子是具有闪锌矿结构的GaN。我们认为经化学刻蚀后的立方MgO(100)单晶基片上形成的许多小山峰样突起在纳米镊子的形成过程中起到了关键作用，并且纳米镊子是按照类似于异质气相外延的生长方式进行生长。光致发光谱研究表明，GaN纳米镊子在蓝带区有一个很强的发光峰，与文献报道的立方GaN薄膜的光致发光谱相比，发光位置有红移现象。通过金属镓与水蒸气直接反应，分别在无图案装饰和有图案装饰的MgO单晶基片

6、上获得大量f，-Ga203纳米线和连接于金属Ag催化剂岛之间的单根D—Ga203纳米线。FE—SEM，EDX，XRD，TEM和SAED显示：纳米线是具有单斜晶系的13-Ga203单晶体，并且单根芦·Ga203纳米线根植于Ag催化剂岛，形成了桥连于金属催化剂岛的纳米线阵列。关键词：准～维纳米材料，合成，宽带隙半导体，显微结构，生长机理，光学特性耍j!三些盔兰丝圭差堡篁耋：：：：：：：：：：：：：：!!!!：AbstractRecently,agreatofinterestinwidebandgapsemiconductorofsic，GaNandGa203quasione-dimensiona

7、lnatiomaterialshasbeenstimulatedbythediscoveryofnovelpropertiesandthegreatpotentialapplicationintheoptical，electricalandmechanicalfieldInthisdissertation,quasione-dimensionmaterialsandthearraysofSiCGaNandGa