钯缓冲层制备gan纳米线及光学特性分析..doc

相似文献(,人们要求材料具有更优越的物理性能,且器件的尺寸越来越微型化,这些都促使现代凝聚态物理和材料科学的研究在低维材料方面产生了极大的兴趣。低维材料的研究目的主要有三个方面:(1对发生在三维材料中的一些物理现象进行简化描述;(2对低维材料的奇特物理现象及其性能的发现;(3由低维材料组成新的人工三维材料。自从1991年,,以其为代表的一系列准一维纳米材料—纳米管、纳米线被相继合成出来。这些准一维纳米材料之所以吸引了众多研究者的兴趣,一方面是由于它们具有独特的结构,另一方面,当材料的尺寸小到一定程度时,会表现出一系列不同于体材料的新颖的物理性质,如电学性质中的量子干涉效应、光学性质中的量子限制效应(蓝移、力学性能的极大提高等等。因此,纳米材料不论对基础理论研究,还是对纳米器件的制备和应用来说,都具有十分重要的意义。对于前者而言,以为纳米材料的合成,使介观尺度的物理现象的直接实验验证成为可能。准一维材料的研究的更大吸引力在于,它们可能是将来制造纳米器件的良好材料。以纳米碳管为例,它已被证明可用作高亮度的场发射电子源、纳米导线、纳米试管、纳米探针以及用来称量极小颗粒的“纳米称”;单层纳米碳管更被发现具有超导电性;利用纳米碳管和硅纳米线制备的M-S纳米异质结器件,具有金属—半导体异质结二极管的整流效应。GaN是一种直接带隙半导体材料,,是制备蓝、绿发光二极管、半导体激光器的理想材料。理论和实验都证明,GaN的纳米结构可以显著提高其蓝、绿光的发光性质,为制备更高集成化的高质量光电子器件奠定了基础。1997年,韩伟强、范守善等首先采用多层碳纳米管作为模板,利用置换反应制备出了长度几十微米、直径分布4-50纳米不等的一维GaN纳米线。但是产物纯度和产率低,而且制备的方法比较复杂。1999年,张立德等使用多孔Al2O3作为模板,使气态的Ga2O与NH3直接反应得到了GaN纳米线,他们的制备方法较简单,产率较高,但缺点是产物的纯度不高,形貌也不够好。2000年,陈小龙等人直接在LaAlO3、石英和MgO晶体衬底上利用金属和氨气反应的气相法制备了光滑且直的GaN纳米线。在此基础上,陈小龙等人首次提出了纳米相径向生长模型而且用微扰的方法分析了纳米线侧向生长过程的形貌稳定性。2003年,JoshuaGoldberger等利用六角相ZnO纳米线作为模板,用化学气相沉积法外延GaN层,随后ZnO用热还原或蒸发的方法除去,在衬底上制得有序排列的GaN纳米管,管壁有的地方仅5nm厚,小于GaN的激子玻尔半径,产生量子限制效应,使其低温PL谱产生蓝移。制得的GaN纳米管具有很好的机械强度,具有电学和光学特性,在纳米毛细电泳、纳米液体生物化学、纳米电子器件和光学器件方面有广泛的应用前景。本文介绍了利用溅射加氨化的两步生长法在Si衬底上采用金属Mg催化制备GaN纳米线以及在Si基MgO中间层上生长GaN纳米线的方法。并以扫描电镜(SEM为主,结合透射电镜及高分辨电镜、X射线衍射、红外吸收等手段,研究了纳米线的形貌、显微结构、成分等。并在观测不同的中间层厚度、不同的氨化温度对GaN纳米线的影响的基础上对GaN纳米线的生长机制进行了探讨。主要内容如下:(1利用金属Mg作催化剂在Si(111衬底上制备了不同形貌的GaN一维纳米结构。我们发现氨化温度的不同除了对GaN纳米线的形貌有影响外,还对纳米线的排列方式产生影响。尤其是我们在氨化温度为950℃和1050℃发现纳米线呈现规则的放射状排列。(2我们以陈小龙等人提出的纳米线径向生长模型为基础,结合我们的实验结果初步分析了纳米线的生长过程。我们认为熔融的金属Mg为纳米线的生长提供了优先生长的位置点(或者说是能量点,它限制和引导了GaN纳米线的生长。在径向生长模型中,催化剂颗粒的大小对纳米线的直径起着至关重要的作用,但由于在我们的实验中金属Mg膜颗粒的尺寸很难均匀一致,因此我们得到的纳米线的直径也不均匀。(3利用MgO中间层在Si(111衬底上同样合成了不同形貌的GaN一维纳米结构。氨化温度也影响了GaN一维纳米结构的形貌。氨化温度在1000℃以下时,得到的也是平滑的纳米线,但是在部分纳米线的顶端出现了突起,我们称之为“灯塔状”纳米线;氨化温度为1050℃时,我们合成了“剑状”纳米结构,而且这些纳米结构呈放射状分布;这种形貌和排列方式的GaN纳米结构还未见报道。(4通过对测试结果的分析,我们初步探讨了GaN纳米结构的生长过程。和Mg催化时纳米线的生长以VLS机制为主不同,在MgO中间层上GaN纳米线的生长应该是VS机制。在纳