低维氮化镓纳米线结构调控及性能预测
发布时间：2021-07-03 12:31
氮化镓（GaN）纳米线由于具有优异的物理性质和化学稳定性高等特点,在纳米激光器、传感器、高温高功率器件等领域存在广泛的应用前景。纳米器件性能调控的关键可认为是纳米材料能带特性的调控。研究表明纳米线能带结构的调控手段主要包括掺杂、尺寸、形貌、应变、表面及界面等。如实验中通过在GaN纳米线表面沉积Pt颗粒设计了室温条件下的H2敏感器件。基于密度泛函紧束缚理论和第一性原理方法,研究了结构和金属吸附对GaN纳米线能带结构的影响,并分析了不同金属吸附对GaN纳米线敏感性能的影响机理。具体完成的研究内容及创新点归纳总结如下:1,通过密度泛函紧束缚理论（DFTB）系统地模拟了应变和截面形状对GaN纳米线电子结构的影响。由于量子限制效应,GaN纳米线的能带带隙随直径减小而增大。更重要的是,研究获得了GaN纳米线能带带隙与比表面积（Surface area to volume ratio,S/V）线性通用表达式。由于纳米线的截面形状和直径可以在实验中获得,研究结果可用于预测氮化镓纳米线的能带带隙。此外,获得了带隙与GaN纳米线中拉伸应变之间的线性关系表达式。研究结果将为氮化镓材料的...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
GaN的两种常见晶体结构，a)六方纤锌矿结构，b)立方闪锌矿结构.Figure1-1Twocommoncrystalstructuresofgalliumnitride,a)wurtzite,b)zinc-blende.
北京工业大学工学博士学位论文(室温，3100cm2/Vs)。Bernal 等[41]通过原位透射电子显微镜，研究了不同微观尺寸时，拉伸对三角形 a 轴取向(a-axis)和六边形 c 轴取向(c-axis)的纳米线弹性模量的影响，如图 1-2 所示。研究发现截面形状对纳米线的杨氏模量有重要的影响，其中截面六边形 c-axis 取向纳米线的弹性模量，比三角形 a-axis 取向纳米线弹性模量大，并且量子效应更为明显。此外理论研究表明纳米线的电子结构受纳米线横截面形状影响比较明显，特别是小尺寸纳米线。Carter 等[49]研究表明，三角形的纳米线带隙比六边形的纳米线带隙大，并且尺寸越小，纳米线截面几何形状对带隙影响越大。Wang 等[50]使用第一性原理研究了[001]取向六边形和[100]、[11 0]取向三角形 GaN 纳米线。结果表明六边形的[001]纳米线最稳定且带隙也比其他两种结构纳米线的带隙大。Xia 等[51]利用密度泛函理论研究了应变对不同截面形状的纳米线电子结构的调控作用，研究发现应变可以是截面为六边形 GaN 纳米线能带可以在直接带隙与间接带隙间转变，而三角形截面纳米线未出现类似转变。这表明截面形状对 GaN 纳米线的电子结构对应变响应存在非常大的差异。
21.98 0.75 0.71 ,g x x E bulk D 线的直径， , gE bulk x 为相应成分合金体材料的带制效应，合金纳米线能带带隙可调性优于块体合，而且为了获得给定的带隙，可以调节纳米线合线直径不仅对 GaN 纳米线能带结构有影响，对、热学性能[61]等也有显著的影响。Gulans 等[62]基六方纤锌矿结构 GaN 纳米线的力学性能，并结能量和局部数量上相似的特性，以纳米线直径线有效杨氏模量的简单模型。结果表明纳米线的Agrawal 等[60]利用第一性原理研究计算分析了 G其直径的关系，表明 GaN 纳米线的压电系数比尺寸效应，因为 GaN 纳米线中局部极化的变化图 1-4 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]无氨法制备GaN纳米线及其光电性能研究[J]. 赵军伟,张跃飞,宋雪梅,严辉,王如志. 物理学报. 2014(11)
本文编号：3262586
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
GaN的两种常见晶体结构，a)六方纤锌矿结构，b)立方闪锌矿结构.Figure1-1Twocommoncrystalstructuresofgalliumnitride,a)wurtzite,b)zinc-blende.
北京工业大学工学博士学位论文(室温，3100cm2/Vs)。Bernal 等[41]通过原位透射电子显微镜，研究了不同微观尺寸时，拉伸对三角形 a 轴取向(a-axis)和六边形 c 轴取向(c-axis)的纳米线弹性模量的影响，如图 1-2 所示。研究发现截面形状对纳米线的杨氏模量有重要的影响，其中截面六边形 c-axis 取向纳米线的弹性模量，比三角形 a-axis 取向纳米线弹性模量大，并且量子效应更为明显。此外理论研究表明纳米线的电子结构受纳米线横截面形状影响比较明显，特别是小尺寸纳米线。Carter 等[49]研究表明，三角形的纳米线带隙比六边形的纳米线带隙大，并且尺寸越小，纳米线截面几何形状对带隙影响越大。Wang 等[50]使用第一性原理研究了[001]取向六边形和[100]、[11 0]取向三角形 GaN 纳米线。结果表明六边形的[001]纳米线最稳定且带隙也比其他两种结构纳米线的带隙大。Xia 等[51]利用密度泛函理论研究了应变对不同截面形状的纳米线电子结构的调控作用，研究发现应变可以是截面为六边形 GaN 纳米线能带可以在直接带隙与间接带隙间转变，而三角形截面纳米线未出现类似转变。这表明截面形状对 GaN 纳米线的电子结构对应变响应存在非常大的差异。
21.98 0.75 0.71 ,g x x E bulk D 线的直径， , gE bulk x 为相应成分合金体材料的带制效应，合金纳米线能带带隙可调性优于块体合，而且为了获得给定的带隙，可以调节纳米线合线直径不仅对 GaN 纳米线能带结构有影响，对、热学性能[61]等也有显著的影响。Gulans 等[62]基六方纤锌矿结构 GaN 纳米线的力学性能，并结能量和局部数量上相似的特性，以纳米线直径线有效杨氏模量的简单模型。结果表明纳米线的Agrawal 等[60]利用第一性原理研究计算分析了 G其直径的关系，表明 GaN 纳米线的压电系数比尺寸效应，因为 GaN 纳米线中局部极化的变化图 1-4 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]无氨法制备GaN纳米线及其光电性能研究[J]. 赵军伟,张跃飞,宋雪梅,严辉,王如志. 物理学报. 2014(11)
本文编号：3262586
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