GaN/AlN核壳结构制备及应用研究

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高速发展的电子信息行业助推了微电子技术进步。其中一维纳米半导体材料因独特结构表现出异于块体材料的物理化学新性能成为关注热点。随着研究不断深入,设计兼具两种材料特性的一维异质结构的新研究思路促进了大量新型材料的诞生。核壳纳米线正是该研究的理想材料之一,展现出优于单一材料的光电磁热等多功能化特征,成为复合材料领域一个重要的研发趋势。GaN、AlN作为Ⅲ族氮化物的代表,是发展新一代发光照明、探测等光电器件的基础材料,两种材料的结合为纳米材料的应用提供了广阔的空间,在光电子、微电子、新能源领域具有重要的应用潜力。因此本文围绕GaN/AlN核壳结构纳米线开展了理论与实验两方面研究:  首先基于第一性原理,构建了一系列不同核壳比例的GaN/AlN核壳结构纳米线模型,进行几何优化获得稳定结构,计算分析电子结构与光学特性。结果表明GaN/AIN核壳结构存在合理,且为稳定的六方纤锌矿结构,价带顶出现由Al、N杂化构成的新特征峰,导带整体蓝移,带隙增大;另外,增加核GaN直径会导致导带下移,带隙减小,而增加壳AlN厚度对带隙值影响较小。对光学特性研究表明该异质结构光学性能表现各向异性;介电函数虚部特征峰值增加,提升GaN纳米线电子跃迁能力;同时介电函数实部主峰向高能方向移动,预示可通过设计核壳结构来实现对光学性能的调控。在可见光波段为透明材料,同时吸收带宽度整体变窄,光谱整体蓝移进入紫外波段,从而预示该核壳结构可能应用于防护紫外线辐射光学器件。  之后介绍利用CVD法在Si衬底上两步制各GaN/AlN核壳结构纳米线的方法。比较分析不同生长参数对样品微观形貌的影响,探索生长机制,得到最佳工艺参数。并对样品进行表征测试,研究表明GaN/AIN为六方纤锌矿结构,且沿c轴优先生长,且结晶性较好。PL谱测试蓝移,再次证明核壳结构调控材料光学特性,在紫外领域有一定的应用前景。
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