GaN、GeO2一维纳米结构的原位生长与发光特性

论文摘要

本论文以金属镓和单质锗片为原料,分别在镓颗粒和单质锗片上原位火面积生长出了GaN纳米带、z字结构纳米线和GeO2纳米线以及图案化GeO2微米线。研究了它们的形貌、晶体结构和发光特性,提出了不同形貌GaN纳米结构和GeO2纳米线的生长机理。为不同形貌GaN、GeO2一维纳米结构的光电性能和应用研究奠定了一定的基础。（1）在氢气气氛中加热金属镓到1050℃（通人氢气前没有抽真空除空气）,与氨气反应30min,在镓颗粒表面原位生长出了GaN纳米带、纳米环和Z字结构纳米线。所得的不同形貌GaN纳米结构均为单晶六方纤锌矿结构,纳米带宽度在20～300 nm,长达30μm;纳米环直径在5～8μm范同;Z字结构纳米线的直径约为160nm。研究了反应温度和时间对产物形貌和结构的影响,提出了不同形貌GaN纳米结构的可能形成机理。从GaN纳米结构中观察到了发光峰位丁361nm强的紫外光发光和456 nm弱的蓝光发光,这两种发光分别起源于GaN宽带隙带边的激子发射和浅的给体向深的局域受体的跃迁。（2）加热前抽真空,以除去管式炉内的残余空气,然后在氢气中加热到900～1050℃,通过金属镓与氨气直接反应,在镓颗粒和氧化铝衬底上原位生长出了GaN纳米线、Z字结构纳米线和纳米锯。所得不同形貌GaN均为单晶六方相结构,纳米线直径在90～650 nm,长度达30μm;Z字结构纳米线的直径为300 nm,长达150μm;纳米线的生长遵循气一固生长机理,解释了不同形貌GaN纳米结构的形成原因。发现了发光峰位于362 nm强的紫外光发光和460 nm弱的蓝光发光,这两种发光分别起源于GaN宽带隙带边的激子发射和浅的给体向深的局域受体的跃迁。（3）以Au作催化剂通过金属锗与水蒸气在450～700℃的氧化反应,在单质锗表面原位大面积生长出了GeO2纳米线。在450～500℃和600～700℃分别得到立方相和六方相单晶结构的GeO2纳米线。通过改变反应温度和时间,纳米线的直径可在20～150 nm、长度可在500nm～200μm范围内调节。纳米线的生长遵循气-液-固生长机理。发现发光峰位于352、397和480 nm强的紫外光和蓝光发光,这两种发光可能分别起源于GeO2纳米线中氧空位与间隙氧之间的跃迁和氧空位中的电子与锗-氧空穴中心的空穴复合。（4）采用光刻技术在单质锗片上制备出图案分布的Au催化剂,将覆盖有Au图案的锗片在空气中加热到600℃,在单质锗表面原位生长出了图案化的GeO2微米线。所得GeO2微米线为单晶六方相结构,直径约1μm,长达10μm。研究了GeO2的形成过程,提出了锗的固-液-固和氧的气-液-固协同作用形成GeO2微米线的生长机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 一维GaN纳米结构的研究进展
• 1.2.1 一维GaN纳米结构的制备研究
• 2纳米结构材料的研究进展'>1.3 GeO₂纳米结构材料的研究进展
• 2纳米结构的制备'>1.3.1 GeO₂纳米结构的制备
• 2纳米结构的性质研究'>1.3.2 GeO₂纳米结构的性质研究
• 1.4 本课题的提出及意义
• 1.5 本论文研究路线的设计及其研究内容
• 1.5.1 本论文的研究路线
• 1.5.2 本论文的研究内容
• 第2章 GaN纳米带、纳米环和Z字结构纳米线在金属镓颗粒上的位生长及其发光性质
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验主要设备及试剂
• 2.2.2 GaN纳米带、纳米环和Z字结构纳米线的制备
• 2.2.3 产物的表征
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 扫描电镜分析
• 2.3.2 拉曼分析
• 2.3.3 透射电镜分析
• 2.3.4 反应机理
• 2.3.5 GaN纳米带的发光特性
• 2.4 结论
• 第3章 GaN纳米线和Z字结构纳米线的可控合成及其光致发光研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验主要设备及试剂
• 3.2.2 GaN纳米结构的制备
• 3.2.3 产物的表征
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 扫描电镜分析
• 3.3.2 拉曼分析
• 3.3.3 透射电镜分析
• 3.3.4 生长机理
• 3.3.5 光致发光
• 3.4 结论
• 2纳米线的可控合成及其光致发光研究'>第4章 立方相和六方相GeO₂纳米线的可控合成及其光致发光研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 2纳米线的制备'>4.2.1 GeO₂纳米线的制备
• 4.2.2 产物的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 反应温度和时间对产物形貌的影响
• 4.3.2 XRD和Raman分析
• 4.3.3 TEM分析
• 4.3.4 反应机理
• 4.3.5 光致发光
• 4.4 结论
• 2微米线的原位生长和机理研究'>第5章 图案化GeO₂微米线的原位生长和机理研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验
• 5.2.1 图案化Au催化剂的制备
• 2微米线的制备'>5.2.2 GeO₂微米线的制备
• 5.2.3 产物的表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 扫描电镜分析
• 5.3.2 XRD分析
• 5.3.3 机理分析
• 5.4 结论
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间取得的主要研究成果