極性寬禁帶半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)與新效應(yīng)研究.pdf

1、近幾年來，縱觀材料學(xué)界乃至物理學(xué)界，GaN和ZnO材料的研究都是熱門課題，吸引了很多研究者的目光。在進(jìn)行具有巨大經(jīng)濟(jì)效益的大量研究同時，對一些基礎(chǔ)問題的深入研究仍不可忽視，材料的微結(jié)構(gòu)就是其中的重要問題之一。同屬于寬禁帶半導(dǎo)體材料的GaN和ZnO，極性成為聯(lián)結(jié)的紐帶。本論文從極性這一寬禁帶半導(dǎo)體材料本質(zhì)屬性出發(fā)，研究微結(jié)構(gòu)與材料物理性質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系，主要的創(chuàng)新性成果如下：
　　 1.GaN內(nèi)刃位錯引起的局部壓電極化增強(qiáng)效應(yīng)

2、　　 本論文通過微結(jié)構(gòu)與電學(xué)性質(zhì)對應(yīng)關(guān)系的研究，證明了GaN層的刃位錯附近存在壓應(yīng)變，產(chǎn)生局部的壓電極化電場方向與AlGaN層中的壓電電場方向相反，增強(qiáng)了對2DEG的限制效應(yīng)；這種壓應(yīng)變屬于流體靜應(yīng)變，除非GaN中不存在n型背景載流子，否則將永遠(yuǎn)伴隨著刃型位錯；它所引起的局部壓電極化增強(qiáng)效應(yīng)是GaN基電子器件有高的位錯密度，卻仍可以正常工作的原因之一。
　　 2.橫向生長效應(yīng)決定的GaN微結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)
　　 本論文通

3、過對MOCVD生長機(jī)理的研究，提出了有關(guān)高溫GaN層橫向生長的物理模型，指出在高的橫向生長速度下，位錯易于彎向完整晶粒的內(nèi)部，這被證明減弱了材料的發(fā)光效率；而垂直傳播的位錯與大的晶粒尺寸可以提高光取出率，是GaN基光電子器件有著高位錯密度，卻仍可以正常工作的原因之一。
　　 3.極性在GaN腐蝕過程中產(chǎn)生的效應(yīng)
　　 本論文通過對GaN濕法腐蝕的研究，提出并證明了極性導(dǎo)致不同種類位錯有不同腐蝕坑形狀，刃位錯缺陷沿位錯線向

4、下腐蝕，形成尖底的倒六棱椎形腐蝕坑，而螺位錯由于形成化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的Ga極性面阻止腐蝕的進(jìn)一步進(jìn)行，從而形成截底的倒六棱錐形位錯坑，這一機(jī)理可以應(yīng)用于高缺陷密度的GaN異質(zhì)外延層缺陷密度的工業(yè)化檢測，同時，腐蝕法還可用于制作GaN多層量子點(diǎn)，這兩項(xiàng)成果已經(jīng)獲得了國家發(fā)明專利。
　　 4.壓電勢對ZnO納米線器件電學(xué)輸運(yùn)的開關(guān)效應(yīng)
　　 本論文由理論和實(shí)驗(yàn)研究均表明了：金屬—ZnO納米線—金屬結(jié)構(gòu)的輸運(yùn)過程受應(yīng)力作用產(chǎn)生的極

5、化電荷所形成的壓電勢的調(diào)制，使得對稱的輸運(yùn)特性和非對稱輸運(yùn)特性可以相互間切換，甚至可以將歐姆接觸變成肖特基接觸，合理的操縱納米線中壓電勢的大小與分布，可以制造許多新型納米電子器件。
　　 5.ZnO納米線的無疲勞效應(yīng)
　　 本論文研究了ZnO納米線的動力學(xué)機(jī)械性質(zhì)，在5.2°偏轉(zhuǎn)角下經(jīng)過1010個周期載荷的測試，ZnO納米線無疲勞現(xiàn)象發(fā)生，這與ZnO納米線一維結(jié)構(gòu)的無位錯特性有關(guān)，是納米線的尺寸效應(yīng)和大的表面積/體積比的