《鍺納米晶的可控低溫原位生長及其機理研究》是依託電子科技大學,由張博擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鍺納米晶的可控低溫原位生長及其機理研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張博
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鍺納米晶不僅具有無毒，儲量豐富，與矽生產工藝相兼容等優點，其較低的生長溫度降低了相關材料和器件的製備工藝複雜度，從而使其能夠被套用於低成本襯底或柔性襯底。因此，鍺納米晶在低成本納米器件和柔性納米器件領域具有廣闊的套用前景。本項目旨在探索利用可控低溫原位生長技術在柔性襯底上製備鍺納米晶薄膜，闡明鍺納米晶的低溫生長機理，揭示原位生長鍺納米晶中載流子產生和電荷輸送的機制，建立對鍺納米晶薄膜進行摻雜改性的方法。在襯底加熱原位生長法的基礎上，本項目將通過採用紫外光輔助原位生長法和雷射後退火原位生長法實現在更低的工藝溫度下進行鍺納米晶的可控生長，並嘗試採用以上技術在柔性襯底上製備光電器件，以驗證鍺納米晶薄膜的相關性能。該項目的研究成功，為鍺納米晶及相關光電器件的製備提供了實驗和理論基礎，對推動我國的新型低成本柔性納米光電器件研究跨入國際先進行列具有重大的現實意義。
結題摘要
基於 IV 族元素的納米結構是一種理想的納米材料。作為IV 族體系中除矽以外的另一種重要元素，鍺納米晶材料有其自身的一些優勢。尤其是，鍺元素相對較低的熔點溫度意味著鍺納米晶在低溫製備方向比矽納米晶更具潛力。由此可見，如能實現大面積可控低溫生長，鍺納米晶在製造成本和柔性套用方面將比矽納米晶更具優勢。該項目的核心工作就是探索利用原位生長技術在低溫襯底上製備鍺納米晶薄膜及基於此類薄膜的光電器件結構， 該項目的主要研究內容包括（1）鍺納米晶的可控低溫原位生長及其工藝最佳化；（2）光輔助鍺納米晶原位生長的機理研究；（3）鍺納米晶薄膜的載流子產生和電荷輸送機理，以及薄膜的摻雜改性；（4）基於鍺納米晶的光電器件的設計、製備和表征。 該項目在執行過程中獲得了一些研究成果，其中主要的重要結果如下： （1）鍺納米晶/二氧化矽超晶格結構的沉積工藝：實現了對多層結構的納米級控制，最小膜厚達到3nm左右，對鍺納米晶的直徑控制精度達到1nm左右。 （2）鍺納米晶的成核機理：提出一種改進的熱力學模型用以描述鍺納米晶在二氧化矽超晶格結構中的成核過程。 （3）鍺納米晶和二氧化矽的界面研究：鍺納米晶體實際上形成了一種核-殼結構，由晶體核心和非晶外殼兩部分構成，其中非晶部分由GeSiO三元化合物構成。 （4）鍺納米晶在二氧化矽中的低溫原位生長模型：其本質上是一個Volmer-Weber生長與鍺原子氧化相競爭的過程。 （5）二氧化矽包覆層對鍺納米晶的應力作用：發現原位生長鍺納米晶受到的壓應力比後退火生長鍺納米晶受到的壓應力更大，且基片的選擇也對超晶格結構中應力的大小有顯著影響。 （6）鍺納米晶薄膜的載流子產生及電荷輸送機理：由於鍺納米晶的表面態引起空穴積累，因此導致鍺納米晶薄膜具備P型半導體特性；熱激發過程會引起空穴載流子在相鄰納米晶之間躍遷從而形成空穴電流。此外，銻或鎵摻雜均不能改變鍺納米晶薄膜的電學特性，這可能是由於此類物質無法在鍺納米晶中不是淺摻雜質，因為無法有效激活。 （7） 鍺納米晶/矽異質結二極體：利用鍺納米晶薄膜在n型單晶矽基片上製備異質結二極體，並成功測得二極體特性。 該項目對鍺納米晶薄膜的低溫生長工藝以及物理機理進行了深入全面的探索，一系列成果為未來製備基於鍺納米晶薄膜的光電器件和產品提供了實驗和理論基礎，對推動我國的新型低成本納米光電器件研究跨入國際先進行列具有重大的現實意義。
