金辅助催化方法制备GaAs和GaAs/InGaAs纳米线结构的形貌表征及生长机理研究

利用金(Au)辅助催化的方法,通过金属有机化学气相沉积技术制备了GaAs纳米线及GaAs/InGaAs纳米线异质结构.通过对扫描电子显微镜(SEM)测试结果分析,发现温度会改变纳米线的生长机理,进而影响形貌特征.在GaAs纳米线的基础上制备了高质量的纳米线轴、径向异质结构,并对生长机理进行分析. SEM测试显示, GaAs/InGaAs异质结构呈现明显的"柱状"形貌与衬底垂直, InGaAs与GaAs段之间的界面清晰可见.通过X射线能谱对异质结样品进行了线分析,结果表明在GaAs/In GaAs轴向纳米线异质结构样品中,未发现明显的径向生长.从生长机理出发分析了在GaAs/InGaAs径向纳米线结构制备过程中伴随有少许轴向生长的现象.

气体吸附对硅锗异质结纳米线电子结构与光学性质的影响

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA),采用第一性原理方法探讨了沿[112]晶向的硅锗异质结纳米线作为气体传感器检测CO,CO_(2)和Cl2的能力,着重计算了其吸附气体分子前后的吸附能、能带结构与光学性质.几何结构优化计算表明:不同硅锗组分的[112]晶向的硅锗纳米线对CO,CO_(2)和Cl_(2)分子的吸附能的绝对值在0.001 eV至1.36 eV之间,其中Si_(24)Ge_(36)H_(32)对CO_(2)气体的吸附能最大,气敏性能最好.能带结构计算表明:吸附CO和CO_(2)分子的[112]晶向硅锗纳米线能带的简并度明显减小,带隙变化较小;而吸附Cl2分子后的价带顶与导带底之间产生了杂质能级使其带隙减小.光学性质计算表明:Si_(24)Ge_(36)H_(32)纳米线吸附CO, CO_(2)和Cl_(2)分子后的光学性质差异明显,主要体现在吸收谱的范围及吸收峰的峰值上,上述研究结果为[112]晶向Si_(24)Ge_(36)H_(32)纳米线可作为气体传感器敏感材料提供了一定的理论依据.

MOCVD自催化法在Si(100)衬底上生长InP/InGaAs核壳结构纳米线

采用自催化法,利用金属有机化学气相沉积技术,在Si(100)衬底上成功制备了InP/InGaAs核壳结构纳米线。通过扫描电子显微镜观察纳米线形貌,在核壳结构纳米线的顶端催化剂转化成了颗粒状晶体。利用X射线衍射和透射电子显微镜研究了InP纳米线上生长InGaAs外壳的过程,并应用X射线能量色散能谱仪对纳米线顶端进行了轴向和径向的线扫描,得到了纳米线上元素组分分布。催化剂的转化发生在制备InGaAs壳之前的升温过程中,且形成的晶体中含有合金成分。InGaAs壳的组分调整可以通过改变生长过程中生长源气体的流量来实现。

InGaAs／GaAs异质结构材料及器件应用

概述了ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ异质结构材料用于制作微波器件的优越性，叙述了材料的ＭＢＥ生长、输运特性和掺杂分布，以及用于制作Ｋｕ波段低噪声高增益ＨＦＥＴ的结果：栅长０．５μｍ，１２ＧＨｚ下噪声系数０．９３ｄＢ，相关增益９ｄＢ。

GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长研究

GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线是制作金属-半导体-金属(MSM)型高速光电探测器最简洁有效的光电材料之一。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备,在GaAs(111)B衬底上开展了GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长研究,用场发射扫描电子显微镜(SEM)和微区光荧光谱仪(PL)对制备的GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线样品进行了测试分析。采用已优化的GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长工艺参数,主要研究了AlGaAs壳材料的生长机制,获得了高质量的AlGaAs壳材料,AlGaAs壳材料生长速率约为50 nm/min,Al的原子数分数为14%。这些结果为将来多异质结构纳米线的生长和光电探测器的制备奠定了基础。

Be,Si掺杂调控GaAs纳米线结构相变及光学特性

GaAs基半导体掺杂技术通过在禁带中引入杂质能级,对其电学及光学特性产生决定性作用,当GaAs材料降维到一维纳米尺度时,由于比表面积增加,容易出现纤锌矿-闪锌矿共存混相结构,此时GaAs纳米线掺杂不仅能调节其电光特性,对其结构相变也具有显著调控作用.本文研究了Be,Si掺杂对砷化镓(GaAs)纳米线晶体结构与光学特性的影响.采用分子束外延在Si(111)衬底上自催化方法制备了本征、Si掺杂和Be掺杂GaAs纳米线.Raman光谱测试发现本征GaAs纳米线纤锌矿结构特有的E2模式峰,Si掺杂GaAs纳米线中E2峰减弱甚至消失,Be掺杂GaAs纳米线中E2模式峰消失.通过高分辨透射电子显微镜和选区电子衍射直观地观察到GaAs纳米线的结构变化.光致发光光谱显示本征GaAs纳米线存在纤锌矿-闪锌矿混相II-型结构发光,通过Si掺杂和Be掺杂,该发光峰消失,转变为杂质缺陷相关的发光.

利用表面修饰调制GaAs纳米线的电子结构

采用第一性原理的密度泛函方法,研究了利用表面修饰来调制GaAs纳米线的电子结构.在计算中考虑了几种不同的表面钝化材料(H、F、Cl、Br和I)对GaAs纳米线电子结构的影响.计算结果表明,不同的原子修饰GaAs纳米线时对其能带结构的调制主要取决于它们对纳米线表面态的饱和能力.表面修饰不仅可以调节GaAs纳米线的能隙大小,而且也可以调制其能隙类型.GaAs纳米线的电子结构由表面效应和量子限制效应共同来决定.使用不同材料修饰表面的GaAs纳米线的能隙随直径的变化幅度并不相同.表面修饰为实现同种直径和同种结构的GaAs纳米线的能带工程提供了一种新的途径.

GaAs纳米线晶体结构及光学特性

采用分子束外延技术在N-型Si (111)衬底上利用自催化生长机制外延砷化镓(GaAs)纳米线,对生长的纳米线进行扫描电子显微镜测试,纳米线垂直度高,长度直径均匀度好.对纳米线进行光致发光(photoluminescence, PL)光谱测试,发现低温10 K下两个发光峰P1和P2分别位于1.493 eV和1.516 eV,推断可能是纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混相结构引起的发光以及激子复合引起的发光;随着温度升高,发现两峰出现红移,并通过Varshni公式拟合得到变温变化曲线.对纳米线进行变功率PL光谱测试,发现P1位置的峰位随功率增加而蓝移,而P2位置的峰位不变.通过拟合发现P1峰位与功率1/3次方成线性相关,判断可能是WZ/ZB混相结构引起的Ⅱ型发光;同时,对P2位置的峰位进行拟合,P2为激子复合发光.对纳米线进行拉曼光谱测试,从光谱图中发现GaAs WZ结构特有的E_2声子峰,因此证明生长出的纳米线为WZ/ZB混相结构,并通过高分辨透射电子显微镜更直观地观察到纳米线的混相结构.

表面钝化效应对GaAs纳米线电子结构性质影响的第一性原理研究

纳米线表面存在大量的表面态,它们能够引起电子分布在纳米线表面,使得纳米线的电学性质对表面条件变得更加敏感,严重地制约器件的性能.表面钝化能够有效地移除纳米线的表面态,进而能够有效地优化器件的性能.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了表面钝化效应对GaAs纳米线电子结构性质的影响.考虑了不同的钝化材料,包括氢元素、氟元素、氯元素和溴元素.研究结果表明:具有小尺寸的GaAs裸纳米线的能带结构呈间接带隙特征,表面经过完全钝化后,转变为直接带隙特征;GaAs纳米线表面经过氢元素不同位置和不同比例钝化后,展示出不同的电学性质;表面钝化的物理机理是钝化原子与纳米线表面原子通过电荷补偿移除纳米线表面的电子态;与氢元素钝化相比,GaAs纳米线表面经过氟元素、氯元素和溴元素钝化后,带隙宽度较小,原因是氟元素、氯元素和溴元素在钝化过程中具有较小的电荷补偿能力,不能完全移除表面态.

AlGaN/GaN纳米异质结构中的二维电子气密度研究

本文设计了纳米线核壳AlGaN/GaN异质结构,研究了势垒层厚度、Al组分、掺杂浓度对平面和纳米线异质结构中二维电子气(2DEG)浓度的影响规律。结果表明,随着势垒层厚度的逐渐增大,两种结构中2DEG浓度增速逐渐减缓,当达到40 nm后,由于表面态电子完全发射,2DEG浓度逐渐稳定不变。随着Al组分的增加,极化效应逐渐增强,使得两种结构在异质界面处的2DEG浓度都逐渐增加。当掺杂浓度逐渐提高时,两者在异质界面处电势差增大,势阱加深,束缚电子能力加强,最终导致2DEG浓度逐渐增加,当掺杂浓度增加到2.0×10^(18)cm^(-3)后,2DEG面密度达到最大值。与平面结构相比,纳米线结构可以实现更高的Al组分,在高Al组分之下,2DEG面密度最高可达5.13×10^(13)cm^(-2),相比于平面结构有较大的提高。

半导体所在GaAs纳米线结构相变研究方面取得新进展

最近,国际期刊《纳米快报》（Nano Latters）报道了中科院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室赵建华研究员和博士研究生俞学哲关于通过三相线位移（triple phase line shift）调控GaAs纳米线结构相变的研究成果。

InGaAs/AlGaAs/GaAs单量子阱激光器的研究

利用金属有机化合物气相沉积 (MOCVD)技术 ,研制出了高质量的InGaAs/AlGaAs/GaAs单量子阱激光器 ,其有源区采用了分别限制单量子阱结构 (SCH -SQW) ,利用该材料做出的半导体激光器的连续输出功率大于 1W ,峰值波长 91 0nm± 2nm。

氧化锌/硫化锌异质纳米线结构和电子性质比较研究(英文)

用第一性原理方法系统研究氧化锌/硫化锌超晶格纳米线和核壳结构纳米线的结构和电子性质.结构优化后,氧化锌/硫化锌异质结构纳米线和纯氧化锌或硫化锌纳米线结构相似.对于两种异质结构纳米线,能带结构显示他们都是直接带隙半导体.对于氧化锌/硫化锌超晶格纳米线,随着径向厚度的增加,能带变的越来越水平.对于核壳结构纳米线,分波态密度显示它们都是II型异质结构.研究有助于理解这类异质结构纳米线以及它们在电子发动机及光伏设备方面的应用.

n-型多孔Si/TiO_2纳米线异质结构的制备及光电化学性能

采用光辅助电化学腐蚀法制备了n-型多孔硅衬底,再采用水热法在其表面生长Ti O_2纳米线制得了三维n-型多孔Si/Ti O_2纳米线异质结构.通过X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能量散射等表征证实了n-型多孔Si/Ti O_2纳米线异质结构的形成.紫外-可见漫反射光谱测试结果表明,n-型多孔硅与Ti O_2纳米线的复合提高了紫外-可见波段的光吸收.光电性能测试结果表明,3个样品中n-型多孔Si/Ti O_2纳米线异质结作为光电极的光电流最高,这说明n-型多孔Si/Ti O_2纳米线作为光电极具有更高的光电化学分解水性能.

第一性原理研究[112]硅锗异质结纳米线的电子结构与光学性质

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似,本文利用第一性原理方法着重研究了[112]晶向硅锗异质结纳米线的电子结构与光学性质.能带结构计算表明:随着锗原子数的增加,[112]晶向硅锗纳米线的带隙逐渐减小;对Si_(36)Ge_(24)H_(32)纳米线施加单轴应变,其能量带隙随拉应变的增加而单调减小.光学性质计算则表明:随着锗原子数的增加,[112]硅锗纳米线介电函数的峰位和吸收谱的吸收边均向低能量区移动;而随着拉应变的增大,吸收系数峰值呈现出逐渐减小的趋势,且峰位不断向低能量区移动,上述结果说明锗原子数的增加与施加拉应变均导致[112]硅锗纳米线的吸收谱产生红移.本文的研究为硅锗异质结纳米线光电器件研究与设计提供一定的理论参考.

多段异质纳米线／纳米管分支结构研究取得进展

由多段异质材料纳米线与纳米管联结组成的纳米结构，是纳米光电子器件的重要组成单元，这种结构在条形编码、光学读出、生物、催化、自组装和磁操纵等方面有广泛的应用前景。固体物理所孟国文研究组以分支形貌孔的氧化铝为模板，采用电沉积（生长纳米线）与化学气相沉积技术（生长纳米管）结合，获得了4种由纳米线／纳米管联结组成的复杂分支结构。在此基础上，他们在化学气相沉积前，用选择腐蚀技术腐蚀掉一小段纳米线．

锐钛矿/TiO_2(B)异质纳米线制备、表征及其光催化性能研究

通过简单的水热反应,和后续的退火处理得到锐钛矿/TiO2(B)异质结构纳米线。通过XRD、SEM和TEM对其进行表征。并对锐钛矿/TiO2(B)进行甲基橙紫外光降解性能测试,探究和讨论了H2O2对其光催化性能的影响,实验表明当加入1.6mL H2O2时对体系光催化促进效果最优,只需要8min分解率达到99%,降解时间只为无H2O2时的1/5。

纳米线多型异质结碳化硅室温单电子晶体管研究

采用碳化硅4H/6H多型纳米线制备单电子晶体管,在室温下观察到库仑阻塞效应和负微分电阻,I-V曲线呈现典型的库仑台阶,其台阶为周期性的,这些周期性小台阶,又呈现非周期的嵌套结构。单根纳米线碳化硅由4H/6H多型交替生长构成,它们嵌合构成竹节状生长,碳化硅多型结构中4H多型晶体构成双势垒,其直径为10~80nm,长度约50nm。而联结4H多型的6H多型晶体部分,长度约20nm,且直径较细(约10~35nm),被认为是库仑孤岛。

W/WO_(2.72)一维纳米异质结构的合成及生长机理

以WO3粉末为原料，通过两步气相沉积法在硅基底上制备W/WO2.72一维纳米异质结构。采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）及X射线衍射分析（XRD）等检测手段对制备出的W/WO2.72异质结构进行形貌、结构和物相的分析表征。结果表明：异质结构的主干W晶须沿 110 方向生长，长10~25μm、直径200~500 nm，分支WO2.72纳米线沿径向竖直分布在W晶须轴上并沿 010 方向生长，直径20~50 nm。该异质结构因其独特的组成和结构可用于超高灵敏性传感器和场发射设备。

一维Cu-Au纳米异质结构制备及催化性能研究

以铜纳米线(CuNWs)为牺牲模板,通过改进的置换反应并结合柯肯达尔效应制备一系列一维Cu-Au纳米异质结构,借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射等技术探究产物的表面形貌、微观结构及组成。与采用硬模板法制备的一维金属纳米异质结构相比,该方法仅仅通过改变反应物中铜与金的摩尔比就能获得不同形貌的一维铜基纳米异质结构。此外,将这些纳米异质结构材料作为催化剂催化还原对硝基苯酚,其催化性能优于单纯的Cu NWs催化剂。其中多孔Cu-Au纳米管由于其特殊的空心多孔结构与组分协同作用,表现出最优异的催化活性。