《六方形態AlN納米管陣列的製備與生長機制》是依託蘭州大學，由吳志國擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：六方形態AlN納米管陣列的製備與生長機制
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：吳志國
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
AlN是性能優異的寬禁帶半導體材料，在微納電子器件、場發射顯示、壓電感測、深紫外光電器件等方面具有廣泛的套用前景。但是，不管是傳統的AlN薄膜還是AlN納米線及納米管均較難製備，通常需要比較苛刻的條件，國際上還未見清晰六方形態AlN納米管成功製備的報導。課題組前期研究國際上首次在較低溫度下合成了清晰、規則六方形態的AlN納米管陣列。本項目旨在取得AlN新型六方形態納米管制備的突破，解決AlN六方納米管陣列大面積合成及其基底結合問題，預期在製備方法、生長機理及基本套用性能方面取得翔實研究資料和成果，為AlN納米管陣列的物理性能研究和套用開發奠定先決條件。
結題摘要
基於自行設計的的熱化學氣相沉積設備，採用獨特的源物質揮發控制方法，不使用任何模板或催化劑，不需要預製籽晶層，在低於850℃溫度下獲得了AlN六方納米管陣列、六方納米棒陣列、嵌套式六方納米管陣列、六方納米迷宮、納米針陣列、納米花瓣及嵌套花形等各種形貌AlN材料。AlN納米管陣列結晶良好、形貌規則、在基底上大面積排列均勻，並且成功實現不同管徑尺寸的可控生長，提出了合理的生長機理。生長過程可以解釋為形核、晶核規則化排布和取向生長三個階段：形核排布密度是決定形貌的最關鍵因素；而Al、N分壓直接調控早期形核密度，並決定最終形貌。Al、N分壓越小AlN管結構越趨於不規則或形貌複雜化。在此生長機理的指導下，成功製備了AlGaN納米結構，Mn摻雜AlN六方複雜納米迷宮陣列，Mg摻雜AlN納米柱陣列以及Zn摻雜AlN六方納米嵌套結構。實驗結果顯示摻雜會影響AlN晶體生長過程和晶體質量。 研究了所製備的純AlN、AlGaN和摻雜AlN樣品的紫外發光性能和發光機理。結果顯示，純AlN在260-350nm紫外波段具有良好的發光性能，屬於缺陷發光。AlN六方納米管的紫外發光性能與樣品的晶體質量和形貌有重要關係。小管徑AlN納米管具有更大的比表面積，其晶體缺陷的種類和數量可能更複雜，形成更寬發光帶。AlGaN樣品的不對稱紫外發光頻寬化來自於多種缺陷共存的缺陷發光，這是由於摻入Ga後，晶體能隙可能發生了改變，而晶體內部的缺陷和雜質能級結構也相應產生了變化。Mn摻雜AlN六方複雜納米迷宮陣列在可見光區有良好的發光性能，主要來源於Mn離子的特徵發光。Mg和Zn摻雜AlN納米結構的紫外發射峰主要都來自於AlN的缺陷發光。結合對所製備產物的光學帶隙的計算，初步掌握了樣品紫外發光規律：樣品內部存在大量缺陷導致了缺陷發光；不同生長條件會使產物的結晶性、內部缺陷狀態發生變化，進而導致發光峰的偏移或寬化，結晶性越好，近帶邊的缺陷發光越易出現，反之，發光峰容易發生寬化並紅移；摻雜影響晶體結構中的缺陷狀態。 本項目研究取得了純相及摻雜AlN新型六方形態納米管制備的突破，解決了AlN六方納米管陣列大面積合成及其基底結合問題，在製備方法、生長機理及基本套用性能方面取得翔實研究資料和成果，為AlN納米管陣列的物理性能研究和套用開發奠定先決條件。
