GaN纳米线C还原CVD法的制备及理论研究

摘要

GaN是一种直接宽带隙(3.4eV)半导体材料，可应用于蓝紫光二极管、激光二极管等光电器件中。近年来，一维半导体纳米材料的合成、表征及应用开发已成为半导体材料领域研究的热点。本文主要包括两部分，第一部分为GaN纳米线C还原CVD法的制备，第二部分为GaN纳米线的理论研究。主要的研究结果如下:
　　通过C还原CVD法制备了GaN纳米线，研究了掺C量对GaN纳米线生长的影响，氨气气体流量和生长时间对GaN纳米线形貌的影响，最后对样品的场发射性能进行了测试。研究结果表明:(1)通过EDS能谱分析，发现掺C条件下制备的GaN纳米线都是富镓的;通过对GaN纳米线的形貌分析，发现掺C能提高GaN纳米线的长径比。(2)氨气气体流量对GaN纳米线的密度、均匀性有影响;随着生长时间的增加，衬底上的纳米线越来越密，纳米线的结晶性越来越好。(3)样品2在场发射电流密度为100μA/cm2时开启电场为9.5V/μm，场发射因子为1206，具有良好的场发射性能。
　　在计算部分，通过密度泛函理论研究了直径分别为9.5(A)、15.9(A)和22.5(A)，未钝化和H钝化GaN纳米线的电子结构，及H钝化对GaN纳米线表面效应的影响。结果表明:(1)未钝化和H钝化GaN纳米线的能隙都是直接带隙，未钝化GaN纳米线的禁带宽度随着直径的增加减小，但是变化不明显;H钝化GaN纳米线的禁带宽度随着直径增大也是减小的，但是减小的幅度比未钝化的大。(2)未钝化GaN纳米线表面N原子的2p电子主要聚集在价带顶，表面Ga原子的4p电子主要聚集在导带底，这两种电子都具有很强的局域性，而且决定着能隙值;加H钝化可以消除表面原子产生的表面效应。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 纳米材料

1．2．1 纳米材料的性质

1．3 GaN材料简介

1．3．3 GaN材料的研究现状

1．4 低维GaN纳米材料的制备

1．5 本文主要研究内容

2 GaN纳米线C还原CVD法的制备

2．1 实验试剂与设备

2．2 实验过程

2．3 表征及结构分析仪器

2．3．1 SEM表征

2．3．2 XRD分析

2．3．3 场发射性能分析

2．4 实验结果及分析

2．5．1 掺C量对GaN纳米线生长的影响

2．5．2 氨气气体流量对纳米线形貌的影响

2．5．3 生长时间对纳米线形貌的影响

2．5 场发射性能分析

2．6 GaN纳米线的形成机理分析

2．6 总结

3 理论计算

3．1 DFT

3．4 模型构建及计算方法

3．4．1 模型构建

3．4．2 计算方法

3．5 结果分析

3．5．1 GaN体材料的能带结构

3．5．2 GaN纳米线的几何结构

3．5．3 GaN纳米线的差分电荷密度

3．5．4 GaN纳米线的能带结构

3．5．5 GaN纳米线的态密度

3．5．6 结论

4 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

致谢

参考文献

附录