幾種Ⅲ-Ⅴ族半導體納米線的合成及光、電、熱特性研究.pdf

1、近年來，Ⅲ-Ⅴ族半導體納米線因其高的電子遷移率，大的波爾激子半徑而引起廣泛關注。目前Ⅲ-Ⅴ族半導體納米線主要通過金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD），分子束外延（MBE）等方法合成。然而，高昂的成本和傳統(tǒng)Ⅴ族前驅體（如：AsH3和PH3）的劇毒特性限制了這些方法的推廣。本文通過傳統(tǒng)的化學氣相沉積法合成了幾種Ⅲ-Ⅴ族半導體納米線，包括InP, InAs, GaSb納米線，全組分可調InAsxP1-x合金納米線和局部可調諧的 InGaAsS

2、b合金納米線。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）和掃描透射電子顯微鏡（STEM）對產物的形貌、成分和結構進行了表征；利用近場光學顯微系統(tǒng)和自建的紅外PL測試系統(tǒng)對樣品的光致發(fā)光進行了研究；利用半導體參數(shù)儀測試了InP和InAs納米線晶體管特性；將半導體參數(shù)儀與飛秒激光器相結合研究了InAsxP1-x納米線的光電響應特性；此外，通過激光微區(qū)加熱的方法研究了不同直徑的InAs納米線的熱導率；本文取得了如下幾項研究成果：

3、r>　　1．通過簡單的化學氣相沉積法合成了高結晶質量的InP納米線。溫度依賴的PL光譜表明隨著測試溫度從77 K上升到300 K，樣品發(fā)光峰從790 nm紅移到826 nm。利用這些納米線組裝的晶體管呈現(xiàn)出高的開關比和大的電子遷移率。隨后通過改進方法，得到了InP納米線量子點復合結構。拉曼光譜測試發(fā)現(xiàn)在InP的LO附近存在InP量子點的表面聲子模式，這也是首次在CVD方法合成的樣品中觀察到量子點的表面模式。室溫光致發(fā)光測試同時觀察到In

4、P量子點和InP桿的發(fā)光。相比于 InP塊體光致發(fā)光峰，二者都出現(xiàn)明顯藍移，這歸因于量子限域效應。同時，由于量子點直徑的不均勻分布，InP量子點發(fā)光峰出現(xiàn)明顯加寬。
　　2．采用傳統(tǒng)的化學氣相沉積法制得了InAs納米線。多次實驗發(fā)現(xiàn)這些納米線集中沉積在400℃-460℃溫度區(qū)域，并且隨著沉積溫度的升高納米線的直徑逐漸增大。結構表征表明這些納米線有良好的結晶質量。利用這些納米線組裝的晶體管有高的開關比和遷移率?；谶@些納米線，我們設

5、計了一種簡單，低成本的微區(qū)激光加熱法對不同直徑InAs納米線的熱導率進行了測試。實驗發(fā)現(xiàn)隨著砷化銦納米線直徑的減小，熱導率呈現(xiàn)單調遞減趨勢。這是由于隨著納米線直徑的減小，聲子邊界散射增強導致聲子平均自由程減小所致。
　　3．通過VLS生長方法結合離子交換機制合成了全組分和帶隙可調的InAsxP1-x納米線。光致發(fā)光譜表明這些合金納米線呈現(xiàn)出組分相關的紅外發(fā)光，發(fā)光峰從860 nm連續(xù)變化到3070 nm。另外，不同組份合金納米線光

6、電響應測試也呈現(xiàn)出不同的光電流峰值響應波長，隨著As的組分從0逐漸增加到1，最高光電流響應波長逐漸從900 nm紅移到2900 nm。這是由于在納米線的帶隙附近有最強的光學吸收，從而產生更多光生載流子。同時，研究發(fā)現(xiàn)三元合金納米線中有更寬的帶尾態(tài)，由于帶尾態(tài)能降低光生載流子的復合幾率，因此合金InAsxP1-x納米線相比于InP和InAs納米線表現(xiàn)出更高的靈敏度和外量子效率。
　　4．通過化學氣相沉積法合成了GaSb納米線。這些納