氧化物和氮化物特殊納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)氣相法制備研究.pdf

1、作為半導(dǎo)體材料，納米結(jié)構(gòu)的氮化物和氧化物(包括氮化鎵、氧化錫、氧化銦等等)在納電子學(xué)、納光子學(xué)等方面的應(yīng)用在過去幾年中受到了很大關(guān)注。有關(guān)這些半導(dǎo)體納米材料的許多制備方法和結(jié)構(gòu)不斷被報(bào)導(dǎo)。
　　 在眾多制備氮化物和氧化物半導(dǎo)體納米材料的技術(shù)路線中，化學(xué)氣相沉積是一種頗受青睞的制備方法。利用氣相法制備的半導(dǎo)體納米材料的形貌可控性強(qiáng)，更重要的是產(chǎn)物的晶體質(zhì)量高、產(chǎn)量大。另外，通過對(duì)生長條件的控制，可以制備出各種納米結(jié)構(gòu)；而對(duì)生長氣氛

2、以及源的種類、襯底位置，還有溫度梯度的調(diào)節(jié)又使得摻雜、異質(zhì)結(jié)和超晶格納米結(jié)構(gòu)甚至超薄的半導(dǎo)體納米材料的制備成為可能。
　　 基于以上原因，本論文的工作將主要建立在使用化學(xué)氣相沉積法制備氮化物和氧化物半導(dǎo)體納米材料的基礎(chǔ)上。論文的工作主要包括以下幾方面的內(nèi)容：
　　 1.具有鋸齒狀形貌的氮化鎵納米管的制備和發(fā)光研究
　　 我們合成了鋅摻雜的、并且有著鋸齒狀形貌的氮化鎵納米管。這種單晶的納米管有著六角形的截面，壁厚在

3、10 nm左右。通過TEM成像和SAED衍射，我們確認(rèn)這種納米管有著交替的{0(-1)11}極性面。納米管是由沿著和[0001]方向共面，并且以它作為對(duì)稱軸的[11(-2)3]和[(-1)(-1)23]這兩個(gè)方向交替生長的基本單元構(gòu)成。形成這種鋸齒狀形貌的氮化鎵納米管是極性面相互作用的結(jié)果，因?yàn)閧0(-1)11}極性面上正負(fù)電荷的交替排布有利于減少極性面之間的靜電相互作用。
　　 2.超薄單晶氧化銦納米泡泡的制備和機(jī)理研究

4、>　　 我們首次制備了由非層狀化合物氧化銦構(gòu)成的單晶超薄壁納米泡泡。通過TEM分析，我們發(fā)現(xiàn)這些泡泡的壁厚僅為1 nm左右，由3-4個(gè)原子層組成，泡泡的直徑為100 nm左右。和宏觀體材料不同的是，我們觀察到了單晶氧化銦納米泡泡的晶格條紋有較大彎曲。與層狀材料不同，晶格形變會(huì)在非層狀材料中引入巨大的應(yīng)變能，不過這個(gè)應(yīng)變能隨著晶體厚度的降低而急劇下降，從而使卷起一個(gè)只有數(shù)個(gè)原子層厚度的層狀或非層狀材料所引入的應(yīng)變能差別很小。以前報(bào)道的類

5、似封閉結(jié)構(gòu)都是由層狀材料形成，而由非層狀材料組成的這種超薄壁的封閉結(jié)構(gòu)是第一次被制備。其生長機(jī)制為VLS生長過程中，催化液滴中的氮?dú)饫鄯e吹出液態(tài)氣泡被氧化形成了超薄壁納米泡泡。
　　 3.一維氧化錫納米線/納米帶的制備和機(jī)理研究
　　 我們通過直接把源和襯底放在同一溫區(qū)的方法，利用氮化鎵的分解產(chǎn)生金屬Ga作為催化劑來催化生長超長的二氧化錫納米線；利用直接金屬Ga催化生長超長的納米線和超寬的納米帶。我們制備了沿著[011]