大面积可控单原子层h-BN薄膜的p、n型导电掺杂研究
发布时间：2023-10-28 19:39
石墨烯材料的发现使二维材料研究成为材料研究领域的前沿课题。目前发现的二维材料种类已达上百种之多正如石墨烯一样,大尺寸高质量的其他二维材料不仅对于探索二维条件下新的物理现象和性能很重要,而且在光电子领域也具有巨大的应用前景。近年来,除石墨烯外,二维六方氮化硼、过渡族金属硫化物、硅烯、锗烯、黑磷等二维材料也被制备出来,极大地拓展了二维材料的性能和应用。氮化硼作为三,五族化合物,具有极好的化学稳定性,优异的物理性能,原子级光滑表面,高热导率和宽带隙等性质。氮化硼具有和石墨烯极其相似的结构,所以又有“白石墨烯”之称,成为备受人们研究关注的二维材料之一。但由于氮化硼能带带隙很宽,面积制备有限,深紫外LED应用技术不成熟等问题的存在限制了氮化硼的进一步发展。制备大面积高质量的氮化硼,调节其能带带隙实现p、n型导电掺杂,促进深紫外LED方面的应用成为我们主要的研究工作。本文针对以上问题,通过LPCVD生长技术制备了大面积,高质量的氮化硼薄膜,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法分析了原子的空位和掺杂氮化硼薄膜pn型电学性质的影响,实验上实现了高效的p型氮化硼薄膜,进一步促进了其在深紫外LED应用...
【文章页数】：125 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 新型二维材料的发展
1.3 氮化硼的特性及应用
1.4 研究进展与面临的困难
1.5 论文框架
第二章 研究方法与表征技术
2.1 研究方法
2.1.1 低压化学气相沉积(LPCVD)
2.1.2 第一性原理计算方法
2.1.3 金属有机化学气相外延(MOCVD)
2.2 表征技术
2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)[75]
2.2.2 光学显微镜(OM)
2.2.3 透射电子显微镜(FIB/TEM)
2.2.4 X射线光电子能谱分析(XPS)
2.2.5 原子力显微镜(AFM)[79]
2.2.6 四探针电学性能测试
2.2.7 俄歇电子能谱仪(AES)
2.2.8 拉曼光谱(Raman)
2.2.9 霍尔测量(Hall)
2.2.10 单探针点接触法[82]
第三章 大面积可控单层h-BN薄膜的生长
3.1 引言
3.2 铜箔衬底的单层h-BN生长
3.2.1 铜箔的抛光方法
3.2.2 h-BN在铜衬底上的成核机制
3.2.3 生长参数的优化与单层h-BN的实现
3.3 同轴卷曲衬底合成超大面积的h-BN薄膜
3.3.1 实验设计与方法
3.3.2 同轴圈卷铜箔衬底和叉状支撑方法
3.3.3 大面积h-BN薄膜的转移技术
3.4 h-BN薄膜的表征及应用
3.4.1 h-BN薄膜的表征
3.4.2 h-BN预导向生长整齐阵列的ZnO纳米柱
3.4.3 h-BN缓冲层外延生长GaN厚膜技术
3.5 小结
第四章 h-BN薄膜的p、n型导电掺杂的理论研究
4.1 引言
4.2 本征六方氮化硼电子结构及特性
4.2.1 计算方法与模型的建立
4.2.2 单层h-BN的电子结构
4.2.3 空位缺陷对h-BN结构性质的影响
4.3 六方氮化硼p型掺杂设计与激活机理
4.3.1 模型的建立与杂质原子的选取
4.3.2 微观几何结构和杂质结合能
4.3.3 单原子层h-BN的p型掺杂电子结构分析
4.4 六方氮化硼n型掺杂设计与激活机理
4.4.1 模型的建立与杂质原子的选取
4.4.2 微观几何结构和杂质结合能
4.4.3 六方氮化硼的n型掺杂电子结构分析
4.5 小结
第五章 h-BN薄膜的p、n型导电掺杂技术研究及应用
5.1 引言
5.2 六方氮化硼的p型掺杂技术
5.2.1 杂质源前驱物材料的选择
5.2.2 实验设计与可能的反应路径
5.2.3 Mg掺杂h-BN薄膜的LPCVD技术
5.3 p型h-BN的表征与应用
5.3.1 p型h-BN的结构性质的表征
5.3.2 p型h-BN的电学性质的表征
5.3.3 p型h-BN的应用
5.4 六方氮化硼的n型掺杂技术
5.4.1 六方氮化硼n型掺杂的方法设计
5.4.2 h-BN薄膜的脉冲c掺杂技术
5.4.3 n型掺杂h-BN薄膜的表征分析
5.5 小结
第六章 总结与展望
参考文献
附录 硕士期间发表的文章
致谢
本文编号：3857649
【文章页数】：125 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 新型二维材料的发展
1.3 氮化硼的特性及应用
1.4 研究进展与面临的困难
1.5 论文框架
第二章 研究方法与表征技术
2.1 研究方法
2.1.1 低压化学气相沉积(LPCVD)
2.1.2 第一性原理计算方法
2.1.3 金属有机化学气相外延(MOCVD)
2.2 表征技术
2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)[75]
2.2.2 光学显微镜(OM)
2.2.3 透射电子显微镜(FIB/TEM)
2.2.4 X射线光电子能谱分析(XPS)
2.2.5 原子力显微镜(AFM)[79]
2.2.6 四探针电学性能测试
2.2.7 俄歇电子能谱仪(AES)
2.2.8 拉曼光谱(Raman)
2.2.9 霍尔测量(Hall)
2.2.10 单探针点接触法[82]
第三章 大面积可控单层h-BN薄膜的生长
3.1 引言
3.2 铜箔衬底的单层h-BN生长
3.2.1 铜箔的抛光方法
3.2.2 h-BN在铜衬底上的成核机制
3.2.3 生长参数的优化与单层h-BN的实现
3.3 同轴卷曲衬底合成超大面积的h-BN薄膜
3.3.1 实验设计与方法
3.3.2 同轴圈卷铜箔衬底和叉状支撑方法
3.3.3 大面积h-BN薄膜的转移技术
3.4 h-BN薄膜的表征及应用
3.4.1 h-BN薄膜的表征
3.4.2 h-BN预导向生长整齐阵列的ZnO纳米柱
3.4.3 h-BN缓冲层外延生长GaN厚膜技术
3.5 小结
第四章 h-BN薄膜的p、n型导电掺杂的理论研究
4.1 引言
4.2 本征六方氮化硼电子结构及特性
4.2.1 计算方法与模型的建立
4.2.2 单层h-BN的电子结构
4.2.3 空位缺陷对h-BN结构性质的影响
4.3 六方氮化硼p型掺杂设计与激活机理
4.3.1 模型的建立与杂质原子的选取
4.3.2 微观几何结构和杂质结合能
4.3.3 单原子层h-BN的p型掺杂电子结构分析
4.4 六方氮化硼n型掺杂设计与激活机理
4.4.1 模型的建立与杂质原子的选取
4.4.2 微观几何结构和杂质结合能
4.4.3 六方氮化硼的n型掺杂电子结构分析
4.5 小结
第五章 h-BN薄膜的p、n型导电掺杂技术研究及应用
5.1 引言
5.2 六方氮化硼的p型掺杂技术
5.2.1 杂质源前驱物材料的选择
5.2.2 实验设计与可能的反应路径
5.2.3 Mg掺杂h-BN薄膜的LPCVD技术
5.3 p型h-BN的表征与应用
5.3.1 p型h-BN的结构性质的表征
5.3.2 p型h-BN的电学性质的表征
5.3.3 p型h-BN的应用
5.4 六方氮化硼的n型掺杂技术
5.4.1 六方氮化硼n型掺杂的方法设计
5.4.2 h-BN薄膜的脉冲c掺杂技术
5.4.3 n型掺杂h-BN薄膜的表征分析
5.5 小结
第六章 总结与展望
参考文献
附录 硕士期间发表的文章
致谢
本文编号：3857649
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