一維半導體納米結(jié)構(gòu)的制備與表征.pdf

1、納米材料的制備技術(shù)是納米科技領(lǐng)域富有活力且研究內(nèi)涵十分豐富的科學分支。而一維納米材料(如納米管、線、棒、帶等)及其組裝體系(如陣列體系，納米尺度的圖案材料等)，因其在介觀物理和構(gòu)筑納米器件方面的獨特作用，成為目前納米技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點之一，是現(xiàn)代材料科學研究的重要前沿課題和納米材料研究的前沿主導方向。 雖然一維納米材料的研究已經(jīng)取得很大的成功，在短短十幾年的時間內(nèi)便由由材料制備發(fā)展到了納米器件設(shè)計和組裝。但應該注意到，一維納米材

2、料制備的的可控合成依然是個有待解決的問題。實現(xiàn)對一維納米材料的生長、成分和結(jié)構(gòu)的人工控制，是一維納米材料應用的前提和基礎(chǔ)。圍繞一維納米材料的可控合成及生長機理，我們做了一系列的研究。本論文工作主要集中在一維半導體納米結(jié)構(gòu)的制備及其生長機理的研究。 1、以一氧化硅為原料，在氮氣氣氛中加熱到1450℃，合成了大量單晶的線型和帶型a-Si3N4準一維結(jié)構(gòu)。其中線型a-Si3N4準一維結(jié)構(gòu)沉積在溫度較低的區(qū)域(1200℃)，而帶型a-S

3、i3N4準一維結(jié)構(gòu)則沉積在溫度較高的原料附近位置(1450℃)。經(jīng)XRD、SEM和TEM分析表明制備得到的線型和帶型氮化硅準一維結(jié)構(gòu)均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)；線型a-Si3N4直徑約為100～300nm，長為幾十微米；而帶型a-Si3N4厚約30nm，寬度在300nm～2μm之間，長度為幾微米到幾十微米。在高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)和選區(qū)電子衍射(SAED)分析表明線型和帶型a-Si3N4的為結(jié)晶完整的準一維結(jié)構(gòu)。從晶體生長熱力學及動

4、力學方面討論了線型和帶型a-Si3N4準一維結(jié)構(gòu)的生長過程和分區(qū)沉積的原因。 2、以氮氣為載氣和保護氣，用氧化鎵粉末和金屬鎵的混合物在1150℃下直接和氨氣反應的化學氣相沉積在方法，制備得到了GaN納米線。通過透射電子顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)合成的GaN納米線直徑約10～20nm，長幾個微米。HRTEM表明制備的GaN納米線為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。GaN納米線按照自催化的VLS機制生長。 3、以氧化鎵和活性碳的混合物為原料，通過碳熱還

5、原和氨氣氮化的熱化學過程，合成了單晶的GaN/C納米纜。對產(chǎn)物進行SEM、TEM、HRTEM和SAED表征和分析。GaN/C納米纜由六方結(jié)構(gòu)的GaN納米線核和碳納米管殼構(gòu)成，直徑約50～200nm，長十幾微米，碳納米管的壁厚約5nm。GaN納米纜的形成可以分為兩個過程。首先是氮化鎵按VLS機理生長形成GaN納米線，然后反應中生成的氣態(tài)C原團簇按VS的機理沉積在GaN納米線的表面形成碳納米管殼。當沉積區(qū)溫度在1020℃時，GaN/C納米纜

6、中的GaN納米線受熱分解，形成了被碳納米管包覆的波浪形GaN納米線和一系列有序的球形GaN納米顆粒。GaN納米線的分解先從表面開始，然后逐漸向內(nèi)部擴展。因此，波浪形GaN納米線的邊緣原子排列無序，而中心的氮化鎵保持了良好的單晶結(jié)構(gòu)。 4、采用熱蒸發(fā)ZnS的方法，在沒有添加任何催化劑的條件下制備得到了單晶的ZnS納米線。納米線直徑約為20～50nm，長幾微米。XRD和HRTEM分析表明合成的ZnS為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，生長方向為[001]。由