一維半導體納米結構材料生長機制的研究

《一維半導體納米結構材料生長機制的研究》是依託北京郵電大學，由蘆鵬飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：一維半導體納米結構材料生長機制的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：蘆鵬飛
• 依託單位：北京郵電大學

項目摘要

納米光電子材料和器件在未來半導體工業的發展中具有重要的前景，如何生長和製備高效、可控、無缺陷的一維半導體納米異質結構材料是納米電子學研究中急需解決的關鍵科學問題。本項目從一維納米材料的應變弛豫機制出發，研究材料的應變場、位錯場以及位錯芯的結構，基於二次規劃等方法模擬材料的組分分布，建立適用於一維納米結構材料的全能量平衡判據。本項目系統模擬III-V族一維納米材料的臨界尺寸，探討臨界尺寸與材料組成、材料失配、襯底尺寸、生長條件的內在聯繫，為材料的生長研究提供理論指導和支撐。通過本項目的實施，結合參數分析、理論建模、數值仿真以及實驗製備等多種手段，實現一維半導體納米異質結構材料生長理論的新突破。本項目預期研究成果，對於納米電子學的研究進展，以及一維納米材料在半導體工業中積體電路上的套用，都有重大的現實意義。

結題摘要

本項目從一維半導體納米異質結構材料的生長機制出發，系統研究了三維納米圖形襯底應變弛豫的解析理論、納米線組分最佳化的動力學理論、一維核殼納米線的應變分布等，並以該方向為出發點，深入研究了一維納米材料的電子結構、光學性質和磁學性質，以及相關半導體材料的熱電性質，合計發表SCI檢索論文23篇。針對三維納米圖形襯底異質結構模型，通過合理地分析應變分割效應和襯底尺寸效應，基於全能量平衡判據，研究了圖形襯底納米結構材料的應變弛豫機制及臨界尺寸，計算三維的應變弛豫可以有效提高外延層的臨界厚度以及提高襯底的側向尺寸。在動力學的框架下，本項目建立了合金半導體納米線生長的瞬態模型，通過求解含時的擴散方程，採用有限元方法，考慮ALE技術，發現納米線合金軸向的組分分布來源於不同元素對納米線生長速率的貢獻。本項目系統討論了納米線存在/不存在表面吸附時的具體實驗情況，研究表明：擴散長度大的元素會更多地出現在納米線底部、反之會出現在納米線的頂部。利用有限元方法，在熱動力學的框架內，考慮核殼納米線的應變弛豫，研究了異質結構模型的組分最佳化，通過對於核殼納米線橫截面應變能進行最佳化，可以確定其In組分的分布規律。從2013年開始，本項目基於密度泛函理論，陸續研究了GaAs、ZnO納米線及其摻雜模型的電子結構、光學、磁學及熱電性質等，豐富了本項目一維半導體材料物性的研究範圍，為科研項目的外延研究作了良好的鋪墊。