一维sic纳米材料的合成制备与测试表征

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1、浙江大学硕士学位论文摘要SiC是第三代间接宽禁带半导体材料，具有工作温度高、热导率高、电子饱和漂移速度高、击穿场强高、本征载流子浓度低、抗辐照能力强、化学稳定性好等特点，是制造高温、高频、大功率电子器件的理想材料，是90年代以来国际上半导体的研究热点。SiC纳米材料除具有SiC块体材料的优异性能外，由于尺寸处在纳米尺度，因量子尺寸效应和表面效应等，会产生一些特殊的光学和电学性能，是制备纳米电子器件的重要候选材料。SiC纳米材料的制备和结构性能研究，成为半导体领域研究的热点。本论文从SiC材料研究的历史和现状入手，分析各种制备SiC一维纳

2、米材料的方法的优缺点，提出采用简单加热法，用碳纳米管和炭黑为碳源，与硅粉非直接接触反应来制备SiC一维纳米材料的研究。通过改变温度，时间、碳源和硅源的距离、添加催化剂等来研究反应条件对产物形貌和结构的影响；用XRD、SEM、TEM等测试手段来分析产物的物相结构和形貌等。在此基础上分析产物的形成机理，为一维SiC纳米材料大规模可控生产提供理论依据。通过改变实验条件研究它们对产物形貌结构影响。结果表明：随着温度的升高，保温时间的增多，碳源和硅源距离的缩短，SiC纳米线的产率增加。加铁催化剂后，产物的产率增加，但引进了催化剂杂质。有无催化剂时

3、SiC纳米线的生长分别符合气液固(VLS)和气固(vs)生长机理。但两者都因(111)面有最低的表面能，SiC纳米线通过原子在(111)上的堆积，沿【111】方向生长。炭黑和硅粉需在较高温度下反应得到棱柱状SiC纳米晶须。在1500℃反应12h得到规则棱柱状SiC纳米晶须，在1550℃保温3h得到的样品为粗糙台阶表面的棱柱状SiC纳米晶须，产物的表面粗糙度和保温时间有关。缺陷和尺寸限制效应引起Raman光谱中LO蓝移。纳米晶须的生长机制遵从VS机制。因氧的参与，Si粉和碳纳米管在1200℃反应，分别在坩埚的不同位置同时得到了珍珠状SiC

4、纳米线、普通SiC纳米线和SiC／Si02同轴纳米电缆。珍珠状SiC纳米线的形成是纳米线生长速率玑纳米线半径，及SiC在催化剂液滴中的过饱和度艿三者共同作用的结果。普通SiC纳米线和SiC／Si02同轴纳米电缆的形成可通浙江大学硕士学位论文过有氧气参与时，计算在各个温度下各反应的吉布斯函数A,G得到解释。1200K以下时，SiO可与CO反应生成SiC和C02或SiC和Si02；1200K以上时，SiO与CO反应只生成SiC和Si02。上述研究表明，通过采用不同碳源和改变实验条件，可得到各种形貌和结构的SiC一维纳米材料。实践证明，该方法

5、简单易行，原料易得，产品产率较高，对大规模制备SiC一维纳米材料具有十分重要的意义。关键词：SiC一维纳米线纳米晶须棱柱状珍珠状II浙江大学硕士学位论文AbstractSiliconcarbide(SIC)belongstothet11irdgenerationwidebandgapsemiconductormaterial．Itpossessesuniquepropertiessuchashighthermalconductivity,highelectronsaturationdraftingvelocity,highbreakdo

6、wnelectricfield，lowconcentrationofintrinsicchargecarriers，highradiation-resistance，andchemicalinertnessandSOon．TheseexcellentphysicalpropertiesmakeSiCapromisingmaterialfordeviceapplicationsathiglltemperature，highpower,highfrequency,andinharshenvironment．Italsohasreceived

7、muchattentionduetotheseunconventionalpropertiessince1990s．BesidesthepropertiesofblockSiCmaterials，one-dimensionalnanomctersizedSiCexhibitsextraopticalandelectricalpropertiesduet0itsnanometerdimension,andconsequentquantumconfinementeffectandsurfaceeffect．Ithasbecomeoneoft

8、hemostimportantmaterialsinthesemiconductorfieldalongwitllthedevelopmentofnanoscaleelectricdevicesandmea