材料化学课程报告

《材料化学课程报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、课程报告题目:GaN纳米材料研究进展课程名称：材料化学基础学院：专业：班级：学生姓名：学生学号：日期:刖旨：随着光电产业的不断发展，对半导体材料的要求也越来越高。进入20世纪90年代以后，由于一些关键技术获得突破以及材料生长和器件工艺水平的不断提高，使GaN薄膜研究空前活跃，GaN基器件发展十分迅速。氮化铢（GaN）属III・V族宽直接带隙半导体，具有带隙宽（Eg=3・39eV）、发光效率高、电子漂移饱和速度高、热导率高、硬度大、介电常数小、化学性质稳定、抗辐射、耐高温等优点。由于以上优越的性能，Ga

2、N具有着巨大的应用潜力和广阔的市场前景，如高亮度蓝光发光二极管（LED）、紫外一蓝光激光二极管（LD）、异质结场效应晶体管（HFETs）、紫外探测器等光电子器件、抗辐射、高频、高温、高压等电子器件。⑴GaN也因此被誉为继第一代错、磷化钢化合物半导体材料之后的第三代主导半导体材料，成为目前全球半导体研究者们关注的焦点。⑵第三代半导体也被誉为高温半导体，且其具有更宽的禁带宽度，因此可以广泛用于导弹防御、相控阵雷达、通信、电子对抗以及智能武器等军事装备，也可用于半导体照明以及光存储与处理，是推动信息技术在新

3、世纪继续发展的关健技术。⑶日本和欧美都非常重视开展对宽禁带半导体技术的研究，分别制定和实施了各自的宽禁带半导体技术发展计划。日本于2001年就出台了“下一代半导体材料和工艺技术开发”计划，将GaN晶体管视为未来民用通信系统的核心，希望“GaN基HEMT”能替代目前在无线基站中起放大信号作用的硅和碑化铢芯片,并还可应用于汽车雷达等领域。而欧美则将宽禁带半导体技术视为下一代军事系统与装备的关键。2002年美国国防先进研究计划局实施了WBGSTI（宽禁带半导体技术）计划，成为加速改进SiC、GaN以及A1N

4、等宽禁带半导体材料特性的重要“催化剂”。欧洲也于2005年制定并实施KORRIGAN（GaN集成电路研究关健组织）计划。这项计划的实施，将使欧洲形成自己的完整宽禁带半导体产业链，从而为欧洲各项重大国防工业提供最先进的高可靠GaN代工服务。亚太各国也在积极推进各自的宽禁带半导体研究计划，2009亚太地区宽禁带半导体国际会议在张家界举行，会议就亚洲各国的宽禁带半导体研究现状进行了交流,并展望了未来的宽禁带半导体技术的发展。⑷GaN纳米材料的制备与表征：基于具有优异性质的纳米尺寸材料制造纳米器件是很有意义的

5、。GaN纳米结构特别是纳米线是满足这种要求的一种很有希望的材料。有关GaN合成的报道最早出现在1932年。Johnson等人于1928年使用氨气流通过金属稼得到了GaN,但由于难于获得单晶体，在发展初期曾被认为是一种没有希望的材料。此后，很多研究小组尝试了不同的制备方法，但由于材料生长技术的限制而无法得到高质量的GaN。直到1969年，随着生长技术的发展，以及出现的分子束外延（MBE）和化学气相沉积（CVD）等新的材料生长方法,Maruska和Tidtjen采用氢化物气相外延（HVPE）方法第一次在蓝

6、宝石衬底上沉积出GaN单晶薄膜。但由于没有合适的单晶衬底、n型本底浓度太高和无法实现P型掺杂等问题的困扰，在此后很长一段时间内，GaN材料的进展十分缓慢。进入20世纪90年代后，随着缓冲层技术的采用和P型掺杂技术的突破，对GaN的研究热潮才在全世界蓬勃发展起来，使之成为宽禁带半导体中一颗十分耀眼的明星。&切近年来已经提出了多种制备GaN纳米结构的方法，目前主要的方法（其中比较成熟的方法是前三种）有：①模板限制反应生长法；②基于VLS机制的催化反应生长法；③氧化物辅助生长法；④溅射后氮化法；⑤升华法；⑥

7、金属傢和氨气直接反应法；⑦热丝化学气相淀积法(CVD)。A模板辅助生长法⑹模板辅助合成的思想是从具有一维定向作用的模板出发，化学合成反应在模板内或在模板周围进行。模板起到一维限定或导向的作用，该法生长的GaN纳米结构的直径及形貌对所用模板有强烈的依赖性。a一维纳米结构模板1997年，清华大学的韩伟强、范守善等首次利用C纳米管作为模板，诱导生长出了直径4-50mn,长度达25pm的六方相GaN纳米棒，并观察到了纳米棒的蓝光发生。具体工艺是：将Ga2O3和Ga按1:4的比例混合后置于一氧化铝堆竭底部，其上

8、放置一块孔径为3-5Mm的多孔氧化铝薄板，然后将C纳米管放在上面。将堆堀置于管式炉中，在氨气气氛下加热至900°C,恒温lh。图1-1所示为合成的GaN纳米棒和实验中作为模板的碳纳米管。图1-1(a)首次利用模板限制反应生长的GaN纳米棒的TEM形貌图；(b)合成过程中所使用的碳纳米管的TEM照片。1998年Hashimoto等人利用电化学阳极氧化的方法合成GaAs纳米棒,然后将其作为模板加热氮化合成了GaN纳米棒。2003年，Goldberger等利用