微區表面限制下的低維半導體材料自融合生長及套用

《微區表面限制下的低維半導體材料自融合生長及套用》是依託北京交通大學，由富鳴擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：微區表面限制下的低維半導體材料自融合生長及套用
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：富鳴
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

位置和形態精確控制的低維半導體材料製造是其走向套用的基礎。本課題在襯底表面引入圖案化微區限制（抗蝕劑或催化劑圖案）後，進行低維半導體材料生長研究，意義如下：①精確控制材料生長位置。②保留及控制低維材料的生長習性。③最重要的一點，在微區的限制作用下可以產生自融合結晶生長，在多種襯底上獲得與微區圖案完美匹配的低維結構；克服了在普通（非自融合）生長過程中，當材料習性尺寸與微區尺寸不匹配時，納米結構在微區位置上不完全可控甚至混亂團簇生長的難題。課題擬從限制條件、生長方式等多角度系統探討ZnO納米柱等低維材料自融合生長的過程，揭示這個重要但鮮有報導的微區限制引起的自融合結晶生長機制，獲得微區限制下自融合生長低維材料的通用方法；研究物性與自融合結晶的關係，並對以自融合生長低維材料為基礎的發光與電子器件性能進行研究；研究氧化石墨烯襯底上的微區低維材料生長與光催化，探索其在製造圖案化石墨烯中的獨特套用。

結題摘要

本課題以低維半導體材料生長時的位置與形態雙重匹配控制為出發點,圍繞可以和微區限制尺寸匹配的自融合生長結構為核心研究內容,系統的探索了其中的過程、內在機制、性能套用及各種相互關係；共發表SCI期刊論文15篇，培養畢業碩士研究生6人；完成了任務書所列的研究內容及預期研究成果。具體的研究內容包括： (1) 研究微納結構在抗蝕劑微孔內部自融合和繼續生長的過程，實現從最初籽晶層時的多晶籽晶，經過微區限制下的自融合過程形成了自融合結構。通過不同添加劑的兩步生長，可以在抗蝕劑微孔的作用下獲得與微孔尺寸吻合的自融合生長微米柱；成功的實現了在遠大於納米線生長習性的尺寸上，通過抗蝕劑孔的作用生長出了與微孔形狀尺寸吻合的柱狀結構; (2) 抗蝕劑的應力起到控制晶化融合的作用，多晶籽晶層的取向對抗蝕劑孔內的生長結晶狀態有重要影響; (3) 籽晶層輔助的水熱生長是一種自襯底而上的生長方式，因此可以利用水熱方法獲得類似於電化學方法的三維多孔結構；利用籽晶層輔助的三維膠體晶體模板，成功獲得了具有多孔結構的ZnO柱結構; (4) 系統探明自融合現象與結晶質量的相互關係。融合生長的外形結構與融合生長後材料的結晶質量並不存在強烈的依賴關係，通過生長修飾劑可以完善融合微結構的外型，但並不保證提供結晶質量的改善，限制區域尺寸越小，籽晶層的結晶質量越好，微區限制下生長的ZnO微米棒將具有較好的結晶質量; (5) 微區限制生長的材料為核心，實現了氧化鋅/氧化亞銅的光纖型結構並研究了相應的電學特性; (6)利用微區限制的自融合生長提供了ZnO材料的位置與形態的準確控制，研究了膠體自組織過程受到二維柱陣列間距以及柱外形的影響；膠體顆粒與二維柱陣列陣列間距、外形匹配時，不會給完美的三維自組織帶來缺陷，不匹配的間距和外形則引入額外裂紋及無序組裝; (7) 通過微區結構表面的周期性結構，實現對氧化石墨烯的局部還原，構建了具有周期陣列結構的石墨烯網；石墨烯網結構展現出不同的形貌/結構屬性，包括氧化還原和結構起伏，並系統研究了電導率及光學特性的相應結構依賴關係。