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氮化铟一维纳/微米结构的可控制备和表征

2020-11-23阅读(668)

氮化铟一维纳/微米结构的可控制备和表征

论文摘要

在Ⅲ族氮化物半导体中,InN具有优异的电子输运性质,在高频厘米和毫米波器件应用上具有独特的优势,这些特性引起人们对InN的极大兴趣。同时,近两年来的研究表明InN的带隙宽度大约在0.7eV,远低于早期的研究结果（1.9eV左右）,目前这仍是人们争议的焦点之一。由于纳米半导体材料与相应的体材料相比,在光学性质、电学性质和光电转换方面都有显著的不同,因此,开展一维InN纳米结构的工作对理论研究和潜在的器件应用都具有重要意义。本论文“氮化铟一维纳/微米结构的可控制备和表征”主要包括以下几方面工作:第一,采用化学气相沉积工艺,分别以In2O3为In源、NH3为N源原位合成直径均匀、结晶性很好、生长方向统一的纤锌矿结构InN纳米线,在此基础上通过调节生长参数,进而制备出纳米带和微米管结构。纳米结构产量高,从反应物到产物的转化率高,成份纯净。微米管为六边形截面的螺旋型结构,同时具有左手、右手螺旋,螺旋角分布宽。在系列实验和详细的形貌观察的基础上,对纳米线、纳米带和微米管的生长机理进行分析,发现InN基于自身演变从一种结构向另一结构变化的独特现象;第二,采用Raman、光致发光、光吸收、PPMS、热重等分析手段研究了InN纳米/微米结构的光学、电学、热学等性质。观察到四个InN Raman散射的特征模以及它们的温度依赖现象。观察到InN纳米结构精细发光谱,并初步探讨了各荧光峰的起因。光吸收研究发现中心在0.2eV附近的吸收峰和Tauc光吸收边因产物的生长时间延长而规律性移动,该现象还与产物成分、几何结构相关。由于InN纳米线中高的自由载流子浓度,而导致材料表现出金属导电行为。TG与DSC分析表明InN纳米结构的起始分解温度和氧化温度分别为576和390℃;第三,在低真空条件下对各种InN结构进行了热氧化处理,对InN纳米结构的氧化过程进行了研究,并获得In2O3/InN复合纳米结构。通过控制氧化处理,实现了六方纤锌矿型InN纳米/微米结构向体心立方结构In2O3的直接转化,并维持了反应物的原始几何形貌,且反应温度较低。为In2O3纳米/微米结构的合成提供了一条新途径。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 半导体发光材料中的InN
  • 1.2 InN半导体的研究历程
  • 1.3 InN半导体的基本特征
  • 1.3.1 晶体结构及缺陷
  • 1.3.2 能带结构
  • 1.4 InN半导体的基本物性
  • 1.4.1 热学性质
  • 1.4.2 光学性质
  • 1.4.3 电学性质
  • 1.5 InN半导体的一维纳米结构
  • 1.5.1 纳米材料特性及应用
  • 1.5.2 InN一维纳米结构材料及合成
  • 1.5.3 InN纳米结构物性表征
  • 1.6 开展一维InN纳米结构研究的内容及意义
  • 参考文献
  • 第二章 一维InN纳米/微米结构的控制合成
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验装置与表征设备
  • 2.3 InN纳米线的合成、表征与生长机理
  • 2.3.1 生长条件
  • 2.3.2 结构表征
  • 2.3.3 反应参数对纳米线生长的影响
  • 2.3.4 生长机理
  • 2.4 InN纳米带的合成、表征与生长机理
  • 2.4.1 生长条件
  • 2.4.2 结构表征
  • 2.4.3 反应时间对纳米带生长的影响
  • 2.4.4 生长机理
  • 2.5 InN微米管的合成、表征与生长机理
  • 2.5.1 生长条件
  • 2.5.2 结构表征
  • 2.5.3 生长机理
  • 2.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 InN纳米/微米结构的物性表征
  • 3.1 引言
  • 3.2 Raman散射
  • 3.2.1 Raman散射的特征模
  • 3.2.2 Raman散射的温度效应
  • 3.3 InN纳米/微米结构的发光性质
  • g>1.5eV）发光'>3.3.1 宽带隙（Eg>1.5eV）发光
  • g<1.0eV）发光'>3.3.2 窄带隙（Eg<1.0eV）发光
  • 3.4 InN纳米结构的光吸收表征
  • 3.5 InN纳米线的电输运性质
  • 3.6 InN纳米结构的热稳定性和氧化性
  • 3.7 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 InN纳米/微米结构的控制氧化
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验装置与表征设备
  • 4.3 InN纳米线的控制氧化过程
  • 2O3/InN复合纳米结构'>4.4 In2O3/InN复合纳米结构
  • 4.4.1 结构表征
  • 4.4.2 发光研究
  • 4.5 InN纳米线、纳米带的结构复制
  • 4.5.1 InN纳米线
  • 4.5.2 InN纳米带
  • 4.6 InN微米管的氧化行为及性质表征
  • 2O3纳米/微米结构的再次氮化'>4.7 In2O3纳米/微米结构的再次氮化
  • 4.8 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 主要结论
  • 攻读博士学位期间发表和完成论文目录
  • 致谢

    • 相关论文文献

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