熔鹽輔助制備SiC納米線及其光致發(fā)光性能研究.pdf

1、SiC是第三代半導(dǎo)體核心材料之一，具有寬帶隙、大熱導(dǎo)率、高電子飽和速率、高電子擊穿強度以及優(yōu)良的化學穩(wěn)定性等特點，在高頻、高溫、高密度、大功率的集成電子器件、以及發(fā)光和光探測器件中具有良好的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)的SiC納米結(jié)構(gòu)材料相比，具有一維納米結(jié)構(gòu)的SiC材料具有更加優(yōu)良的力學、光學和場發(fā)射等性能。本文采用熔鹽輔助碳熱還原法和熔鹽輔助氣相沉積法，先后制備出了一維“直線狀”、“竹節(jié)狀”和超長“殼核結(jié)構(gòu)”的SiC納米結(jié)構(gòu)材料，研究了工藝參數(shù)

2、、原料種類、催化劑、合成溫度等對SiC納米線的顯微結(jié)構(gòu)和形貌的影響，此外，還測試了合成的SiC納米線的光致發(fā)光性能。主要結(jié)果歸納如下：
　　采用熔鹽輔助碳熱還原法，以 SiO2微粉和酚醛樹脂為原料，以 NaCl-NaF為熔鹽輔助介質(zhì)，在1450℃條件下保溫4h，合成了表面光滑的β-SiC納米線，其直徑為100-150nm，長度約10μm。與傳統(tǒng)碳熱還原法相比，合成溫度降低了100-150℃。SiC晶體生長機制為沿垂直于β-SiC晶

3、體的(111)晶面方向生長的“氣相-固相”生長機制。同時，在β-SiC晶體的(111)晶面方向上有少量的堆積缺陷存在。合成產(chǎn)物的光致發(fā)光性能表現(xiàn)為藍、紫光，與傳統(tǒng)報道的碳化硅材料相比，表現(xiàn)出一定的藍移現(xiàn)象。
　　以SiO2微粉為硅源，以蔗糖為碳源，NaCl-NaF為熔鹽介質(zhì)時，在1450℃條件下，合成了殼核結(jié)構(gòu)SiC/SiO2的納米線，其直徑為50-150nm，長度約5μm，顯微形貌呈現(xiàn)"直線狀"和"竹節(jié)狀"兩種形貌。SiC/Si

4、O2納米線的晶體生長機制仍為"氣相-固相"生長機制，主要為沿垂直于β-SiC的(111)晶面方向?qū)訉佣逊e而成，并且產(chǎn)生的堆積缺陷對晶體的生長、顯微結(jié)構(gòu)和形貌具有重要的影響，納米線的SiO2殼層可能是在降溫過程中形成的。
　　在碳熱還原合成SiC納米線工作的基礎(chǔ)上，引入催化劑Fe(NO3)3·9H2O,、Co(NO3)2·6H2O、Ni(NO3)2·6H2O，SiC納米線的合成溫度降低了100℃，合成產(chǎn)物中的“竹節(jié)狀”納米線多數(shù)轉(zhuǎn)變

5、為為“直線狀”結(jié)構(gòu)。
　　在熔鹽輔助碳熱還原法的基礎(chǔ)上，以SiO2微粉和酚醛樹脂為原料，引入催化劑(Ni(NO3)2)，通過實驗設(shè)計，在1400℃下，采用氣相沉積合成了超長殼核結(jié)構(gòu)SiC/SiO2納米線，其長度達800μm，直徑為150-500nm。本實驗為一步合成，不需要納米顆粒與納米線的分離與除碳過程。納米線生長機制為：由“氣相-液相-固相”（納米晶體的成核和前期生長階段）和“氣相-固相”（納米線后期生長階段）共同主導(dǎo)。合成的