InGaN纳米材料的制备及其发光特性的研究

发布时间：2017-08-09 05:04

  本文关键词：InGaN纳米材料的制备及其发光特性的研究

  更多相关文章： PECVD InN纳米结构 InGaN纳米结构 拉曼光谱 光致发光

【摘要】：Ⅲ族氮化物半导体材料由于其良好的光电特性,已成为世界上最先进的半导体材料之一。近年来,三元合金InGaN材料的制备与性能研究引起了人们的广泛关注。InGaN半导体合金的带隙可以从0.7 eV到3.4 eV,对应的波长几乎覆盖了整个太阳光谱,因此它被认为是一种制备全光谱太阳能电池的理想材料。同时,最近的报道发现,InGa N材料具有光催化分解水制取氢气的能力,使得它在新能源领域具有重要的应用价值。本文利用自行研制的低温等离子体增强化学气相沉积系统(PECVD),在石英衬底和硅衬底上制备出了GaN纳米材料、InN纳米材料和InGaN纳米材料,并重点对InN纳米材料和InGaN纳米材料的形貌结构和光学性能进行了研究。主要内容如下:1、当反应室压强不同时,PECVD系统存在低压和高压两个工作模式,考虑氮离子活性和金属蒸汽压的关系,确定如下实验参数:当反应室压强为10 Pa-20Pa,In的蒸发温度为850℃,Ga的蒸发温度为950℃,束源炉的角度为60°,样品台与PE电极的距离为4cm时,蒸镀效果最好,并在此基础上成功制备了金属In膜和GaN纳米材料。2、在石英衬底和硅衬底上成功制备了多种形貌的InN纳米材料。XRD结果显示随着衬底温度的升高和反应时间的增加,衍射峰的峰形更加明显且其半峰宽变小,结晶度变好。SEM结果表明当衬底温度为550℃,衬底为硅片,InN纳米颗粒的尺寸较大。Raman谱显示随着衬底温度的升高,InN纳米材料的拉曼散射峰向高波数方向发生了移动,半峰宽也发生微小的宽化。硅片上生长的InN的拉曼散射峰相比于在石英片上生长的InN材料的拉曼散射峰向低波数发生了移动。红外透过率在1798 nm左右开始下降,衬底温度越高,红外透过率下降显著。3、在石英衬底和硅衬底上成功制备出InGaN纳米材料。SEM结果显示随着衬底温度的升高,晶粒尺寸变大,并利用Bedair模型对InGaN的生长过程进行了解释。拉曼光谱中出现了E2(high)和A1(LO)两个振动模式。光致发光谱表明随着衬底温度的升高,发光峰位发生了蓝移。当反应时间变长,发光峰位发生红移。在衬底温度为650℃时,同时出现了两个发光峰。发光峰位的移动可归因于InGaN材料中本身的一些缺陷和In的相分离引起的In的组分不均匀。
【关键词】：PECVD InN纳米结构 InGaN纳米结构 拉曼光谱 光致发光
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.2;TB383.1
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-30
• 1.1 纳米材料的简单介绍13-17
• 1.1.1 纳米材料的定义和发展历史13
• 1.1.2 纳米材料的分类13-14
• 1.1.3 纳米材料的特性14-15
• 1.1.4 纳米材料的应用15-17
• 1.2 Ⅲ族氮化物材料概述17-23
• 1.2.1 Ⅲ族氮化物半导体材料的发展历史17-19
• 1.2.2 Ⅲ族氮化物半导体材料的基本结构和性质19-21
• 1.2.3 Ⅲ族氮化物半导体材料的制备技术21-23
• 1.3 InGaN纳米材料的概述23-28
• 1.3.1 InGaN纳米材料的研究进展24-25
• 1.3.2 InGaN纳米材料的主要性质25-27
• 1.3.3 InGaN纳米材料的生长理论27-28
• 1.4 本论文的主要内容和创新点28-30
• 1.4.1 研究内容28-29
• 1.4.2 创新点29-30
• 第2章 实验设备和测试方法30-41
• 2.1 实验设备30-32
• 2.2 实验中其他设备32
• 2.3 实验原理32-33
• 2.4 实验原料和实验步骤33
• 2.4.1 实验原料33
• 2.4.2 实验步骤33
• 2.5 测试方法33-40
• 2.5.1 X射线衍射34-36
• 2.5.2 拉曼光谱和光致发光光谱36-38
• 2.5.3 扫描电子显微镜38-39
• 2.5.4 红外透射谱39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第3章 新型PECVD系统半导体纳米材料生长工艺的初步探索41-49
• 3.1 PECVD系统工作模式的选择41-44
• 3.2 金属蒸发速率和蒸发角度的校准44-45
• 3.3 金属铟膜的蒸发实验45-47
• 3.3.1 实验部分45
• 3.3.2 结论分析45-47
• 3.4 GaN纳米材料的制备47-48
• 3.4.1 实验部分47
• 3.4.2 结论分析47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 InN纳米材料的制备49-65
• 4.1 引言49-50
• 4.2 InN纳米材料生长的初步探索50-52
• 4.2.1 实验部分50-52
• 4.2.2 结论分析52
• 4.3 InN纳米材料的生长及性能测试52-64
• 4.3.1 实验部分52-53
• 4.3.2 测试手段53-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第5章 InGaN纳米材料的制备65-75
• 5.1 实验部分65-66
• 5.2 测试手段66-74
• 5.2.1 SEM研究66-69
• 5.2.2 Raman研究69-71
• 5.2.3 PL研究71-74
• 5.3 本章小结74-75
• 结论75-77
• 参考文献77-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果84-85
• 致谢85-86

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本文编号：643589