GaN納米線的制備及在納米發(fā)電機領(lǐng)域的應(yīng)用.pdf

1、氮化鎵(GaN)納米材料具有寬帶隙，高熱導(dǎo)率，穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，較大的飽和電子漂移速度等優(yōu)良特點，它是Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體的代表。這些優(yōu)良的特點使GaN納米材料可以廣泛的應(yīng)用于高亮度LED、藍光激光器、紫外探測器、大功率耐熱器件。此外，由于非極性GaN材料可以消除壓電極化氮化物發(fā)光器件輻射復(fù)合效率和發(fā)射波長藍移。制備非極性氮化鎵材料，氮化鎵材料，已經(jīng)成為一個新的研究重點。
　　 本論文采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)，在硅(Si)和藍寶石(

2、Al2O3)襯底上制備了一維GaN納米線，系統(tǒng)研究了GaN納米線的生長機制、微結(jié)構(gòu)及元素組成，并在此基礎(chǔ)上開展了可利用電磁輻射能發(fā)電的新型GaN納米發(fā)電機的研究，研究在GaN納米線制備參數(shù)及應(yīng)用上都取得了一些新進展。研究結(jié)果為我們下一步開展GaN納米線器件組裝及應(yīng)用都打下了堅實的實驗基礎(chǔ)。
　　 本論文主要工作及結(jié)果如下：
　　 第一，采用CVD生長法，以金為催化劑，分別在硅(Si)和藍寶石(Al2O3)襯底上制備了一維

3、GaN納米線陣列，研究了生長溫度及原料配比對生長的GaN納米線微結(jié)構(gòu)、元素配比及特性的影響，實驗結(jié)果表明Al2O3襯底易于GaN納米線陣列的生長，生長的GaN納米線多為棒狀，其晶格匹配較好，納米線表面光滑，結(jié)構(gòu)中缺陷較少，生長的GaN納米線為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，納米線的直徑約為600nm，長度約為8-12μm；Si襯底上生長的納米線低溫下呈棉絮狀，較高溫度下呈魚骨狀，生長的GaN納米線雜亂無序，線的長度隨溫度的升高而增加，平均直徑約為170

4、nm-200nm，長度可達幾十至上百微米，隨著納米線長度的變長，GaN納米線易于傾倒，導(dǎo)致基片上GaN納米線雜亂無序。研究表明，1000℃下生長的GaN納米線質(zhì)量最好。
　　 第二，XRD分析結(jié)果表明，采用CVD生長方法制備的GaN納米線，有三個主要的20衍射峰，分別對應(yīng)于GaN的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的(100)、(002)和(101)晶面，XRD衍射峰中還發(fā)現(xiàn)了金催化劑(111)晶面的特征峰。經(jīng)比較可知，在Al2O3襯底上生長的Ga

5、N納米線各特征譜峰強度較Si襯底上生長的納米線更強，由此可知，Al2O3襯底上更利于GaN納米線的生長，這是由于GaN納米材料與Al2O3的品格匹配度更高決定的。
　　 PL譜圖分析表明，在不同條件下生長的GaN納米線，PL譜圖總體變化趨勢基本相同，其PL譜圖在530nm附近均出現(xiàn)一個較強的黃光發(fā)射峰，該發(fā)光峰與深能級雜質(zhì)及深能級缺陷有關(guān)，一般認為是由導(dǎo)帶或淺施主到深能級間的躍遷引起的。
　　 第三，采用CVD法在Si襯

6、底上制備生長的GaN納米線陣列，使用不同金屬(Cu，Al)電極作為接觸電極組裝了一種新型納米發(fā)電機，該發(fā)電機可將電磁輻射信號轉(zhuǎn)換成電信號并輸出電流。經(jīng)研究分析，發(fā)現(xiàn)這種納米線發(fā)電機的發(fā)電原理為電磁信號經(jīng)連接納米線與金屬電極的連線組成的對稱陣子天線將耦合到其上的電磁輻射信號轉(zhuǎn)換成交流電，另一方面GaN線與金屬接觸電極之間形成的肖特基結(jié)形成一個可使電流單向?qū)ǖ男ぬ鼗鶆輭荆瑢⒅芷谛宰兓涣麟娦盘栟D(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏鬏敵?。研究表明，電磁輻射信號源與