低维半导体纳米材料的制备、微观结构与其形成机理的分析

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1、引言引言半导体纳米材料作为未来社会信息化发展的基础，其研究与发展将极大地推动信息产业的升级与提高。伴随微电子器件的快速发展以及量子器件的出现，作为半导体纳米材料的重要组成部分，低维半导体纳米材料（特别是纳米晶及纳米线）的制备、微观结构与物理性能的研究对于微电子及传感器等领域的研究与应用将产生极大的促进作用。利用透射电子显微镜等先进的表征手段，可以有效地对低维半导体纳米材料内部的微观结构缺陷进行细致全面的研究，以此探究材料的微观结构与生长条件之间的关系，探明生长机理，从而对纳米材料的结构进行设计与指导，优化纳米线的制备条件与工艺参数，从而能够制备出优

2、良的低维半导体纳米材料。本论文从低维半导体纳米材料入手，主要研究了锗纳米晶与磷化铟纳米线。锗纳米晶由于存在较强的可见光光致发光以及电致发光的特性而被广泛地应用于发光器件；磷化铟纳米线则作为一种优良的III-V族半导体纳米材料在下一代的微电子、光伏器件以及传感器件中将大有可为。对他们的微观结构进行深入细致的研究有助于探明生长机理，从而为其应用奠定基础。透射电子显微镜作为一种先进的表征手段，可为低维半导体纳米材料的研究提供详细的微观结构信息，对其生长过程进行全面的剖析，从而有助于深入细致地对低维半导体纳米材料进行系统研究，厘清其生长特点与生长机理。本论

3、文的主要研究成果如下：1）通过透射电镜研究发现，锗纳米晶的平均粒径尺寸随着退火温度的升高而增加。通过研究不同温度下锗纳米晶位错的含量与其内部的残余应力的关系，发现位错的形成与内应力场的释放关系紧密。2）通过固相源化学气相沉积法制备了磷化铟纳米线，结合电子显微学技术，对磷化铟纳米线中存在的弯曲结构进行了统计研究，发现在所制备的磷化铟纳米线中，弯曲角度主要集oooo中在70，90，110与170，并阐明了不同弯曲角度的形成机理。3）利用透射电镜对所制备的磷化铟纳米线中的孪晶缺陷进行了研究，发现所制备的磷化铟纳米线中的孪晶缺陷密度随纳米线直径的增加而增加

4、，该现象的发生主要是由于不同直径的纳米线其催化剂尺寸不同，导致催化剂中铟的过饱和程度不同。低维半导体纳米材料的透射电子显微学研究，有利于揭示材料的内部微观结构并探究其生长机理，为实现低维半导体纳米线材料的可控制备及其在微电子、传感器以及光电器件方面的应用提供可靠的技术支持与理论依据。该研究将拓展低维半导体纳米材料的研究内涵并对其实际应用产生深远的意义。青岛大学优秀研究生学位论文培育项目1万方数据第一章综述第一章综述1.1低维纳米材料简介纳米材料通常是指至少有一个维度的尺寸介于1-100nm之间的材料。考虑到纳米材料由于表面能作用而易于发生团聚从而使

5、得材料尺寸改变，因而，根据报道，23[1]纳米材料也可定义为比表面积≥60m/cm的材料。在纳米尺度下，由于材料的尺寸、形状及表面化学能等方面的变化，许多经典的物理化学定律不再适用，使得材料的物理、化学及生物性质等出现与其体材料不同的新的特点。伴随纳米材料的发展，纳米技术应运而生。纳米技术通常是指在纳米尺度下，基于对单个原子或分子的操纵从而构建复杂结构，进而使材料呈现新型的、物理化学性能得到明显改善的技术。通过纳米技术对纳米材料的微观结构进行调整，使得人们有能力对材料的性能进行调控。由于纳米材料性质的改变，纳米科学及纳米技术吸引了科学家们的广泛关注

6、，并已经成为科学研究的前沿领域。纳米科学与纳米技术的提升不仅能够激励人们探索新的科学现象与理论基础，同时能够促进工业水平的提高与革新，从而能够为当下经济的发展注入新的活力。在纳米材料的研究过程中，通常可以按照维数的不同将其分为四种类型：1）零维纳米材料，通常指在空间三维尺度上均属于纳米尺度的材料，如量子点、纳米晶、纳米颗粒等；2）一维纳米材料，即在空间尺度上有两维处于纳米尺度的材料，如纳米线、纳米棒、纳米管等；3）二维纳米材料，指在空间尺度上有一维是纳米尺度的材料，如超薄膜、多层膜、超晶格等；4）三维纳米材料，即由零维、一维和二维纳米材料为基本结构

7、单元构成的块体材料。同时，纳米材料可根据材料的物理性质的不同分为半导体材料、磁性纳米材料、导体纳米材料和超硬纳米材料等。其中，半导体纳米材料是纳米材料的重要组成部分，近些年来，随着电子科技的发展，关于半导体纳米材料的研究取得了长足的进步，其相关理论与技术水平日趋完善，通过设计和调控半导体纳米材料的形貌与结构来控制和提高材料的性能已经成为可能。在本论文中，低维半导体纳米材料中的零维及一维半导体纳米材料是主要研究对象，通过透射电子显微镜等先进的表征手段，有效地对低维半导体纳米材料内部的微观结构进行细致全面的研究，以此探究材料的微观结构与生长条件之间的关

8、系，探明生长机理，从而对纳米材料的结构进行设计与指导，进而制备出高质量的低维半导体纳米材料。因此，对低维半导体纳米材料的制