氮化硼納米材料的結構及電學特性研究

《氮化硼納米材料的結構及電學特性研究》是依託哈爾濱工業大學，由李玲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：氮化硼納米材料的結構及電學特性研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李玲

項目摘要

氮化硼（BN）納米材料以高熱穩定性和電學可調諧性彌補了碳納米材料的不足，成為納電材料研究新熱點。然而，對BN結構製備和特性等問題的基礎研究仍處於起步階段，阻礙了材料在電子器件實用化方面的研究。本課題圍繞量子尺寸模型、納米結構加工、頻寬調製、界面電接觸等問題對BN納米材料展開系統的研究。課題首先通過第一原理建立量子尺寸效應模型，從原子層面剖析BN納米結構，分析相關量子效應，指導低維結構合成和頻寬調製；通過輔助球磨新技術合成類石墨烯低維BN納米結構，解決尺寸不均一、邊緣缺陷多等不適於器件加工的實際問題。在此基礎上，結合微電子和MEMS技術，實現BN結構的頻寬調製，探索調製機理，驗證量子模型。進一步，針對電子組件時的電接觸問題，完成本徵結構與摻雜結構的界面接觸測試，首次建立BN材料電接觸評價體系。該課題的研究為BN納米結構在電子器件中的實用化奠定了基礎。

結題摘要

氮化硼（BN）納米材料以高熱穩定性和電學可調諧性彌補了碳納米材料的不足，本項目圍繞量子尺寸模型、納米結構加工、頻寬調製、界面電接觸等問題對BN納米材料展開了系統的研究。首先，我們通過第一性原理和密度泛函理論建立了納米管一維材料的量子尺寸模型，從原子層面剖析BN的納米結構，通過計算得到費米能級、能帶結構、態密度等電學特性參數，完成了不同元素摻雜的自旋極化納米體系的電學特性研究。具體分析了IV、VI族元素矽、碳、硫、氧、鈦等摻雜後的相關量子效應，從理論層面指導了低維摻雜結構的合成，預測了不同摻雜元素對納米結構的頻寬調製效應以及相關的自旋效應。製備方面，通過催化輔助球磨的新技術，合成了竹節結構和圓柱結構的氮化硼納米管；採用原位合成手段初步合成了類石墨烯的BN納米帶結構，從製備方法改進和高效催化劑兩方面完成了BN納米材料的催化生長機理研究，並且解決了BN二維納米片結構固有生長方法中合成尺寸不均一、邊緣缺陷多等問題，更有利於今後納電器件的加工和套用。採用摻雜的方法對BN納米材料進行了頻寬調控研究。實驗結果顯示，矽、碳、硫摻雜結構相對穩定，與矽元素相比較，硫、碳摻雜的能帶調控優勢明顯。氧元素由於自摻雜效應，少量存在於BN納米結構中，當人為控制氧元素摻雜含量時，可發生明顯的頻寬調製。在此基礎上，結合微電子和MEMS技術，實現BN納米結構的頻寬調製測試，驗證了尺寸模型的正確性。針對電子組件時的電接觸問題進行了電極的最佳化設計、合金以及後處理工藝，完成了本徵結構與摻雜結構的界面接觸測試。項目形成了材料製備、摻雜工藝、電極最佳化設計到頻寬調控的氮化硼納米材料界面接觸評價體系，為BN納米結構在電子器件中的實用化奠定了基礎。