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《中国科学技术大学》 2009年
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氧化物和氮化物特殊纳米结构的化学气相法制备研究

谢兴  
【摘要】:作为半导体材料,纳米结构的氮化物和氧化物(包括氮化镓、氧化锡、氧化铟等等)在纳电子学、纳光子学等方面的应用在过去几年中受到了很大关注。有关这些半导体纳米材料的许多制备方法和结构不断被报导。 在众多制备氮化物和氧化物半导体纳米材料的技术路线中,化学气相沉积是一种颇受青睐的制备方法。利用气相法制备的半导体纳米材料的形貌可控性强,更重要的是产物的晶体质量高、产量大。另外,通过对生长条件的控制,可以制备出各种纳米结构;而对生长气氛以及源的种类、衬底位置,还有温度梯度的调节又使得掺杂、异质结和超晶格纳米结构甚至超薄的半导体纳米材料的制备成为可能。 基于以上原因,本论文的工作将主要建立在使用化学气相沉积法制备氮化物和氧化物半导体纳米材料的基础上。论文的工作主要包括以下几方面的内容: 1.具有锯齿状形貌的氮化镓纳米管的制备和发光研究 我们合成了锌掺杂的、并且有着锯齿状形貌的氮化镓纳米管。这种单晶的纳米管有着六角形的截面,壁厚在10 nm左右。通过TEM成像和SAED衍射,我们确认这种纳米管有着交替的{0111}极性面。纳米管是由沿着和[0001]方向共面,并且以它作为对称轴的[1123]和[1123]这两个方向交替生长的基本单元构成。形成这种锯齿状形貌的氮化镓纳米管是极性面相互作用的结果,因为{0111}极性面上正负电荷的交替排布有利于减少极性面之间的静电相互作用。 2.超薄单晶氧化铟纳米泡泡的制备和机理研究 我们首次制备了由非层状化合物氧化铟构成的单晶超薄壁纳米泡泡。通过TEM分析,我们发现这些泡泡的壁厚仅为1 nm左右,由3-4个原子层组成,泡泡的直径为100 nm左右。和宏观体材料不同的是,我们观察到了单晶氧化铟纳米泡泡的晶格条纹有较大弯曲。与层状材料不同,晶格形变会在非层状材料中引入巨大的应变能,不过这个应变能随着晶体厚度的降低而急剧下降,从而使卷起一个只有数个原子层厚度的层状或非层状材料所引入的应变能差别很小。以前报道的类似封闭结构都是由层状材料形成,而由非层状材料组成的这种超薄壁的封闭结构是第一次被制备。其生长机制为VLS生长过程中,催化液滴中的氮气累积吹出液态气泡被氧化形成了超薄壁纳米泡泡。 3.一维氧化锡纳米线/纳米带的制备和机理研究 我们通过直接把源和衬底放在同一温区的方法,利用氮化镓的分解产生金属Ga作为催化剂来催化生长超长的二氧化锡纳米线;利用直接金属Ga催化生长超长的纳米线和超宽的纳米带。我们制备了沿着[011]方向生长的纳米带,但是它们的宽面窄面和通常制备的纳米带不一样。我们还制备了不常见的沿着[001]方向生长的纳米带,对于此类采用高指数的高能面作为宽面和窄面纳米带,我们从生长机制予以解释。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB383.1

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