石墨烯上外延GaN薄膜的取向演变研究

发布时间：2022-01-12 09:28

　　本文研究了在石墨烯上生长GaN薄膜时晶体取向的变化。采用AlN成核层辅助生长,GaN由取向相差较大的小晶粒,逐渐合并为与石墨烯取向一致的晶粒,最终形成了约4.6μm厚的GaN薄膜。通过EBSD和XRD证实了GaN晶体取向一致性的提高,拉曼光谱也表明GaN晶体的高质量。 

【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(05)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

GaN薄膜及石墨烯的拉曼图谱(纵坐标为对数刻度)

图1 GaN薄膜及石墨烯的拉曼图谱(纵坐标为对数刻度)为了了解生长后GaN薄膜底面与表面的形貌以及GaN薄膜的厚度,采用截面SEM来观察。由于石墨烯层间微弱的范德瓦尔斯力,GaN薄膜可以被剥离下来[12],如图2所示。图2为底面向上的截面形貌照片,从中可以看到些许晶粒未完全合并产生的位错坑,但是表面与底面都比较平整,拥有良好的GaN薄膜形态。并且从图2中可以看到GaN薄膜的厚度大约为4.6 μm。综上所述,GaN在形貌上呈平整且均匀的薄膜结构,没有出现因晶体质量差而产生的粗糙形貌。而拉曼光谱显示GaN的特征峰非常标准且半高宽很窄约为3.68 cm-1,由相关文献报道可知[13],GaN的晶体质量较好。

为了说明整个生长过程,绘制了如图6所示的示意图。通过之前的分析,可以观察到这样一种现象,即在石墨烯上生长GaN时最初的GaN晶体取向并不一致,这可能是由于成核点取向不一致造成的,如图6(a)所示。标有斜黑虚线的为晶体取向与石墨烯取向不一致的晶粒,白色的则为取向与石墨烯一致的晶粒。随着晶体的生长,与石墨烯取向一致的GaN晶粒生长较快逐渐合并了其他晶体的晶粒使得最终生长的GaN呈现较为一致的晶体取向,如图6(b)所示。结合Ma等[15]对于晶体生长动力学的研究,可知晶体例如石墨烯生长时,其边缘和形态不是由成核决定的,而是在CVD生长过程中受到动力学控制的。因此本文认为得益于石墨烯衬底的六方对称性,而GaN在石墨烯表面的生长速度沿各个方向不完全一致,与石墨烯晶体取向一致的GaN生长较快并与其他GaN晶粒合并,使最终的晶体学取向接近理想的生长方向。这使得GaN晶体呈现取向上的一致性并最终形成了呈六方纤锌矿结构的GaN薄膜。3 结 论

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3584530