石墨烯上GaN、AlN的成核与应力分析研究

发布时间：2017-08-15 17:37

  本文关键词：石墨烯上GaN、AlN的成核与应力分析研究

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【摘要】：氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)等宽禁带半导体材料是短波长光电子器件、高温和大功率电子器件的重要材料。石墨烯作为二维网状材料,因其表面没有悬挂键,层与层之间是弱相互作用的范德瓦耳斯力,将其用作衬底生长三维材料具有方便剥离易转移的优点。研究氮化镓、氮化铝在石墨烯衬底上的生长,发展易剥离的氮化镓、氮化铝衬底对于生长高质量自支撑氮化物和生产易转移、柔性光电器件具有重要意义。本论文主要研究了石墨烯与GaN、AlN在生长方式上的结合,包括石墨烯的制备以及石墨烯上GaN、AlN的成核。本论文也对石墨烯上GaN内部应力状态进行了分析。论文采用扫描电子显微镜、阴极荧光光谱、透射电子显微镜等表征手段对石墨烯及石墨烯上GaN、AlN的成核进行了分析研究。论文采用拉曼光谱对石墨烯上GaN内部应力状态进行了分析研究。本论文主要分如下几部分内容进行研究:1.采用了两种方案对不同石墨烯上GaN的成核进行了研究,一种是在固态碳源石墨烯上生长GaN,另一种是在碳化硅(SiC)外延石墨烯上生长GaN。两种方案在衬底选择、石墨烯制备方式及GaN成核机制上均不同。第一种方案采用SiO2/Si衬底上固态碳源低温直接生长石墨烯,GaN在石墨烯上首先生长多晶成核层,后择优取向生长;第二种方案采用SiC上高温外延生长石墨烯,石墨烯在SiC台阶处缺陷密度较高,在高温和H2的作用下台阶处石墨烯出现穿孔,GaN在穿孔处的SiC表面成核,合并后外延生长。2.进一步采用两种方法研究了石墨烯上AlN的成核,一种为石墨烯转移至蓝宝石衬底后生长AlN,另一种是在SiC外延石墨烯上直接生长AlN。第一种方法中,石墨烯由于高温下H2刻蚀出现孔洞,AlN在裸露的蓝宝石表面成核后侧向外延生长;第二种方法中,石墨烯表面经长时间H2刻蚀形成高密度缺陷,AlN在石墨烯缺陷处成核并继续生长。3.本论文最后对石墨烯上氮化镓内部应力状态进行了分析和计算,石墨烯对表面氮化镓内部应力释放明显。本论文也实现了石墨烯上氮化镓的剥离,获得了大尺寸自支撑氮化镓微米柱。
【关键词】：石墨烯 氮化镓 氮化铝 应力
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TN304
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 石墨烯的结构性质及制备方法11-15
• 1.2.1 石墨烯的结构及性质11-14
• 1.2.2 石墨烯的制备方法14-15
• 1.3 GaN、AlN的结构性质及制备方法15-19
• 1.3.1 GaN的结构性质15-17
• 1.3.2 AlN的结构性质17-18
• 1.3.3 HVPE法制备氮化物18-19
• 1.4 石墨烯和氮化物的主要表征手段19-25
• 1.5 国内外研究现状25-27
• 1.6 论文工作安排27-28
• 第二章 石墨烯上GaN的成核研究28-41
• 2.1 引言28
• 2.2 固态碳源制备的石墨烯上GaN成核研究28-35
• 2.2.1 固态碳源低温石墨烯的制备28-32
• 2.2.2 GaN微米柱成核生长32
• 2.2.3 结果与讨论32-35
• 2.3 SiC退火外延石墨烯上GaN成核研究35-40
• 2.3.1 SiC上石墨烯的外延生长35-36
• 2.3.2 GaN微米柱成核生长36
• 2.3.3 结果与讨论36-40
• 2.4 本章总结40-41
• 第三章 石墨烯上AlN的成核研究41-49
• 3.1 引言41
• 3.2 石墨烯/蓝宝石上AlN的成核研究41-45
• 3.2.1 石墨烯的制备及AlN的生长41-42
• 3.2.2 结果与讨论42-45
• 3.3 SiC外延石墨烯上AlN的成核45-47
• 3.3.1 石墨烯衬底准备及AlN生长45
• 3.3.2 结果与讨论45-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 GaN微米柱的剥离及应力分析49-53
• 4.1 引言49
• 4.2 GaN微米柱的剥离及表征49-51
• 4.3 GaN微米柱应力分析51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 总结和展望53-55
• 5.1 本论文工作总结53-54
• 5.2 对未来工作的展望54-55
• 参考文献55-60
• 攻读硕士期间发表的论文60-61
• 致谢61-62

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本文编号：679466