收藏本站
《山东师范大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

共溅法制备Mn掺杂GaN薄膜和纳米结构的研究

刘文军  
【摘要】: 半导体产业发展经历了第一代半导体材料Si、Ge等,第二代半导体材料GaAs、GaP等以及第三代半导体材料SiC、ZnSe、GaN等。以氮化镓(GaN)为代表第三代半导体材料与前两代相比,具有高热导率、耐高温、抗辐射、化学稳定性好、高强度和高硬度、宽直接带系,内、外量子效率高等特性,更适合于制作高温、高频及大功率电子器件及短波激光器,在微电子和光电子领域具有广阔的应用前景。由于一维GaN纳米材料具有许多新奇的物理特性而作为新颖的低维材料越来越多引起了人们的研究兴趣。随着GaN基器件的发展需求,为了更好地实现其光电子特性,适当的掺杂是非常有必要的。掺有Mn、Fe等过渡金属元素的Ⅲ—Ⅴ族稀磁半导体(DMS)材料,由于其具备半导体和磁性材料的综合特性,可望广泛应用于未来的磁(自旋)电子器件。掺Mn的氮化镓基稀磁半导体材料的居里温度超过室温,是能实现室温或更高温度下载流子诱导铁磁性的优选材料。于是在实现GaN一维纳米结构生长的基础上,进一步实现GaN纳米结构的Mn掺杂意义重大。 本文采用共溅法制备Mn掺杂GaN纳米结构。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、傅里叶红外吸收谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和光致发光谱(PL)等测试手段详细分析了Mn掺杂GaN纳米材料的结构、组分、形貌和光致发光特性。研究了不同的氨化温度、不同的氨化时间和不同氨气流量对GaN纳米结构的影响,初步提出并探讨了此方法合成GaN纳米结构的生长机制。所取得的主要研究结果如下: 1.用共溅射和氨化制备Mn掺杂GaN纳米结构 利用磁控溅射法在Si衬底上溅射Mn/Ga_2O_3层状结构薄膜,然后对溅射的Mn/Ga_2O_3层状薄膜在氨气气氛下退火制备GaN纳米结构。通过改变退火时间、退火温度及氨气流量,研究其对合成的GaN纳米结构的影响。研究结果表明:不同的退火温度、退火时间和氨气流量对合成GaN纳米结构都有很大影响,合成的一维纳米结构为扁平条状六方纤锌矿结构的单晶Mn掺杂GaN。 2.GaN纳米结构的光学特性 室温下,用波长为325 nm光激发样品表面,所得PL谱只包含二个主要的发光峰,分别对应位于388 nm和409 nm处。位于409 nm的很强的发光峰,与文献报道的GaN体材料的发光峰相比有较大的红移。说明Mn掺杂有效的调整了GaN纳米条的能带结构,减小了禁带宽度,改变了其在紫外光区的发光行为。388 nm处的发光峰可能是由于导带或施主态到Mn受主间的跃迁引起的。 3.对GaN纳米结构生长机制的探索 高温下氨气逐步分解成NH_2、NH、H_2、N_2等产物,固态Ga_2O_3与H_2反应生成中间产物气态的Ga_2O,在衬底处与体系中氨气发生催化反应得到GaN晶核,这些晶核在衬底合适的能量位置生长,成为下一个晶核生长的依托点,随着氨化过程的进行GaN晶核继续长成GaN微晶,当微晶的生长方向沿着相同的方向生长,就形成了单晶GaN纳米线、纳米线、纳米颗粒。同时氨化层状结构的Mn/Ga_2O_3薄膜,能使得在微晶生长过程中,会有更多的Mn离子进驻GaN晶体内部,实现了Mn的有效掺杂。更深刻的原因仍在进一步的研究之中。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 马洪磊,杨莺歌,刘晓梅,刘建强,马瑾;GaN薄膜的研究进展[J];功能材料;2004年05期
2 王书运,孙振翠,曹文田,薛成山;扩镓Si基溅射Ga_2O_3氮化反应生长GaN薄膜[J];分析测试学报;2004年06期
3 魏芹芹,薛成山,孙振翠,曹文田,庄惠照,董志华;氨化硅基Ga_2O_3/Al_2O_3制备GaN薄膜的发光特性研究[J];稀有金属材料与工程;2005年01期
4 王绍青,刘全朴,王元明;六角GaN薄膜中的晶体缺陷结构研究[J];电子显微学报;1998年05期
5 赵丹;梁建;赵君芙;马淑芳;张华;许并社;;GaN薄膜制备技术的研究进展[J];材料导报;2010年S1期
6 王书运;庄惠照;高海永;;退火温度和ZnO缓冲层对氨化Ga_2O_3/ZnO薄膜合成GaN纳米结构的影响[J];材料科学与工程学报;2006年04期
7 孙莉莉;薛成山;艾玉杰;孙传伟;庄惠照;张晓凯;王福学;陈金华;李红;;氨化Si基Ga_2O_3/Ti制备GaN纳米线[J];功能材料;2007年02期
8 何建廷;宿元斌;杨淑连;卢恒炜;;以ZnO为缓冲层制备硅基氮化镓薄膜[J];功能材料;2010年S1期
9 吴洁君,韩修训,李杰民,黎大兵,魏宏远,康亭亭,王晓晖,刘祥林,王占国;缓冲层厚度对MOCVD法生长GaN外延薄膜性能的影响[J];人工晶体学报;2005年03期
10 殷立雄;王芬;杨茂举;黄艳;;Ga_2O_3氮化法合成GaN薄膜的研究[J];陕西科技大学学报;2006年02期
11 殷立雄;黄剑锋;王芬;黄艳;;化学气相沉积GaN半导体薄膜的研究[J];人工晶体学报;2009年S1期
12 倪贤锋,叶志镇;氮化镓材料中的位错对材料物理性能的影响[J];材料导报;2003年11期
13 孙振翠;曹文田;王书运;薛成山;伊长虹;;硅基扩镓溅射Ga_2O_3反应自组装GaN薄膜[J];功能材料与器件学报;2008年05期
14 赵浙;叶志镇;;MOCVD生长GaN材料p型掺杂最新进展[J];材料导报;2004年08期
15 魏芹芹,薛成山,孙振翠,庄惠照,王书运;氨化硅基Ga_2O_3/Al_2O_3制备GaN薄膜性质研究[J];稀有金属材料与工程;2005年05期
16 王书运,孙振翠,曹文田,薛成山;扩镓硅基GaN晶体膜质量的电镜分析[J];分析测试技术与仪器;2004年02期
17 曹文田,孙振翠,魏芹芹,薛成山,庄惠照,高海永;氮化时间对扩镓硅基GaN晶体膜质量的影响[J];功能材料与器件学报;2004年03期
18 宋淑芳,陈维德,陈长勇,许振嘉;掺铒GaN薄膜光致发光的研究[J];中国稀土学报;2002年06期
19 陈广超,杜小龙,姚鑫兹,江德仪;在ECR等离子体中GaN薄膜沉积的研究(英文)[J];功能材料与器件学报;1999年02期
20 魏芹芹,薛成山,孙振翠,曹文田,庄惠照;氨化Si基Ga_2O_3/Al_2O_3制备GaN薄膜[J];稀有金属材料与工程;2005年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 ;[D];;锍鐑!年
2 ;[D];;锍鐑!年
3 ;[D];;锍鐑!年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 ;[D];;UY年
2 ;[D];;UY年
3 ;[D];;UY年
4 ;[D];;UY年
5 ;[D];;UY年
6 ;[D];;UY年
7 ;[D];;UY年
8 ;[D];;UY年
9 ;[D];;UY年
10 ;[D];;UY年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978