氮化铝纳米结构的生长与物性研究
发布时间：2021-08-16 21:30
氮化铝（AlN）纳米结构除了具备AlN本身宽带隙、高热导率、高击穿场强和高热稳定性等优异物理性能外,还具备表面效应和小尺寸效应所引起的独特物理和化学性质,因而受到人们的广泛关注。在国内外研究学者多年的不懈努力和研究下,目前已经能够生长结晶质量较高的AlN纳米结构,并在光学、电学和磁学等领域发挥着重要的作用。在本文中,首先探讨了包括化学气相沉积法、物理气相传输法、直流电弧放电法、氢化物气相外延法、分子束外延法等不同AlN纳米结构制备方法的研究进展。随后系统地总结了在不同方法制备过程中,温度、源、气氛、生长时间和催化剂等因素对AlN纳米结构的形貌和结晶质量的影响,并分析了它们的生长机理。最后还详细介绍和讨论了AlN纳米结构的物理性质。
【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(11)北大核心
【文章页数】：24 页
【部分图文】：
在不同的温度和NH3流量下生成的AlN纳米结构[88]
过渡金属Co、Mg、Mn和Fe掺杂的AlN纳米结构在室温下均具有铁磁性,如图11(a)～(d)所示,研究认为,铁磁性的来源主要有以下几种可能性:(1)金属团簇或金属氧化物团簇[29,31,47,105];(2)金属离子占据Al离子时生成的金属-N络合物[27,29];(3)被空位捕获的电子与周围轨道离子相反的自旋方向所导致的磁化[31]。然而磁性元素作为掺杂剂会引起金属团簇的析出,导致AlN纳米结构的磁效应来源并不明确,引起铁磁性来源的争议。为了避免磁性金属团簇析出所带来的影响,非磁性金属元素Ca、Cu以及非磁性稀土元素Y、Sc、Tm被用作掺杂剂以提升AlN纳米结构的铁磁性。从图11(e)～(i)中可以发现,非磁性元素掺杂的AlN纳米结构在室温下同样具有较好的铁磁性。对于非磁性金属掺杂的AlN纳米结构,铁磁性来源于AlN本身,存在以下几种来源:(1)N和金属态之间的强杂化效应,导致金属原子和相邻N原子磁化,使得金属-N络合物中存在磁矩[28,30];(2)掺杂剂的引入降低了Al空位的形成能,引入了Al空位[32-33,48,129];(3)未配对电子之间铁磁有序的产生[130-131]。3.4 光学特性
余辉效应是由入射光照射半导体而引起的发光现象,来源是基于半导体材料中的杂质能级捕获了来自价带的被光子激发的电子,这些电子需要先脱离杂质能级并进入导带后再跃迁回价带,因此需要延迟一段时间才会发光,因而出现了余辉效应,延迟时间较长的被称为长余辉效应。哈尔滨工业大学宋波等[136]认为AlN的长余辉效应是由AlN纳米结构中的复合缺陷(VNAli)结合其固有的晶格振动特性而产生的,如图12(a)所示为AlN长余辉效应测试示意图。当利用254 nm激光照射AlN纳米线2 min后,0～300 s的余辉曲线(见图12(c))表明其衰减曲线主要包含快速衰减和缓慢衰减两个部分,余辉时长可持续5 min以上,而裸眼观察的余辉效应持续时长超过10 min。当照射光波长增大到365 nm时,仅能观察到微弱的紫色发光,且没有明显的余辉效应(见图12(b))。4 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]PVT法AlN单晶生长技术研究进展及其面临挑战[J]. 付丹扬,龚建超,雷丹,黄嘉丽,王琦琨,吴亮. 人工晶体学报. 2020(07)
[2]PVT法钨坩埚系统中自发生长自支撑AlN单晶及其表征分析[J]. 龚建超,朱如忠,刘欢,王琦琨,李哲,张刚,吴亮. 人工晶体学报. 2020(07)
[3]行星式MOCVD反应器进口结构对AlN生长的气相反应和生长速率的影响[J]. 茅艳琳,左然. 人工晶体学报. 2020(07)
[4]等离子体辅助法制备白光AlN纳米棒[J]. 谢国青,吴宛泽,李梦涛,于千惠,王秋实. 科教导刊(下旬). 2019(08)
[5]氮化法合成掺钇氮化铝纳米线[J]. 王秋实,吴宛泽,谢永辉,王维龙. 电子元件与材料. 2019(02)
[6]Controlling morphology evolution of AIN nanostructures:influence of growth conditions in physical vapor transport[J]. Lei Jin,Hongjuan Cheng,Jianli Chen,Song Zhang,Yongkuan Xu,Zhanping Lai. Journal of Semiconductors. 2018(07)
[7]氮化铝纳米线直接氮化制备工艺优化及形成机理分析[J]. 李阳,陈奎. 人工晶体学报. 2015(08)
[8]氮化铝纳米锥的低温生长与场发射性能(英文)[J]. 裴笑竹,赖宏伟,张永亮,蔡婧,吴强,王喜章. 无机化学学报. 2014(07)
[9]高压下AlN纳米带的Raman光谱特性[J]. 李雪飞,孔令男,沈龙海,高铭,胡廷静,李明,杨景海. 吉林大学学报(理学版). 2014(01)
[10]非磁性元素Ca掺杂AlN稀磁半导体纳米棒阵列[J]. 娄阳. 材料导报. 2012(S2)
本文编号：3346430
【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(11)北大核心
【文章页数】：24 页
【部分图文】：
在不同的温度和NH3流量下生成的AlN纳米结构[88]
过渡金属Co、Mg、Mn和Fe掺杂的AlN纳米结构在室温下均具有铁磁性,如图11(a)～(d)所示,研究认为,铁磁性的来源主要有以下几种可能性:(1)金属团簇或金属氧化物团簇[29,31,47,105];(2)金属离子占据Al离子时生成的金属-N络合物[27,29];(3)被空位捕获的电子与周围轨道离子相反的自旋方向所导致的磁化[31]。然而磁性元素作为掺杂剂会引起金属团簇的析出,导致AlN纳米结构的磁效应来源并不明确,引起铁磁性来源的争议。为了避免磁性金属团簇析出所带来的影响,非磁性金属元素Ca、Cu以及非磁性稀土元素Y、Sc、Tm被用作掺杂剂以提升AlN纳米结构的铁磁性。从图11(e)～(i)中可以发现,非磁性元素掺杂的AlN纳米结构在室温下同样具有较好的铁磁性。对于非磁性金属掺杂的AlN纳米结构,铁磁性来源于AlN本身,存在以下几种来源:(1)N和金属态之间的强杂化效应,导致金属原子和相邻N原子磁化,使得金属-N络合物中存在磁矩[28,30];(2)掺杂剂的引入降低了Al空位的形成能,引入了Al空位[32-33,48,129];(3)未配对电子之间铁磁有序的产生[130-131]。3.4 光学特性
余辉效应是由入射光照射半导体而引起的发光现象,来源是基于半导体材料中的杂质能级捕获了来自价带的被光子激发的电子,这些电子需要先脱离杂质能级并进入导带后再跃迁回价带,因此需要延迟一段时间才会发光,因而出现了余辉效应,延迟时间较长的被称为长余辉效应。哈尔滨工业大学宋波等[136]认为AlN的长余辉效应是由AlN纳米结构中的复合缺陷(VNAli)结合其固有的晶格振动特性而产生的,如图12(a)所示为AlN长余辉效应测试示意图。当利用254 nm激光照射AlN纳米线2 min后,0～300 s的余辉曲线(见图12(c))表明其衰减曲线主要包含快速衰减和缓慢衰减两个部分,余辉时长可持续5 min以上,而裸眼观察的余辉效应持续时长超过10 min。当照射光波长增大到365 nm时,仅能观察到微弱的紫色发光,且没有明显的余辉效应(见图12(b))。4 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]PVT法AlN单晶生长技术研究进展及其面临挑战[J]. 付丹扬,龚建超,雷丹,黄嘉丽,王琦琨,吴亮. 人工晶体学报. 2020(07)
[2]PVT法钨坩埚系统中自发生长自支撑AlN单晶及其表征分析[J]. 龚建超,朱如忠,刘欢,王琦琨,李哲,张刚,吴亮. 人工晶体学报. 2020(07)
[3]行星式MOCVD反应器进口结构对AlN生长的气相反应和生长速率的影响[J]. 茅艳琳,左然. 人工晶体学报. 2020(07)
[4]等离子体辅助法制备白光AlN纳米棒[J]. 谢国青,吴宛泽,李梦涛,于千惠,王秋实. 科教导刊(下旬). 2019(08)
[5]氮化法合成掺钇氮化铝纳米线[J]. 王秋实,吴宛泽,谢永辉,王维龙. 电子元件与材料. 2019(02)
[6]Controlling morphology evolution of AIN nanostructures:influence of growth conditions in physical vapor transport[J]. Lei Jin,Hongjuan Cheng,Jianli Chen,Song Zhang,Yongkuan Xu,Zhanping Lai. Journal of Semiconductors. 2018(07)
[7]氮化铝纳米线直接氮化制备工艺优化及形成机理分析[J]. 李阳,陈奎. 人工晶体学报. 2015(08)
[8]氮化铝纳米锥的低温生长与场发射性能(英文)[J]. 裴笑竹,赖宏伟,张永亮,蔡婧,吴强,王喜章. 无机化学学报. 2014(07)
[9]高压下AlN纳米带的Raman光谱特性[J]. 李雪飞,孔令男,沈龙海,高铭,胡廷静,李明,杨景海. 吉林大学学报(理学版). 2014(01)
[10]非磁性元素Ca掺杂AlN稀磁半导体纳米棒阵列[J]. 娄阳. 材料导报. 2012(S2)
本文编号：3346430
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