低维半导体纳米材料的制备、微观结构及其形成机理的研究
目录
引言 (1)
第一章综述 (2)
1.1 低维纳米材料简介 (2)
1.2 半导体纳米材料简介 (3)
1.3 半导体纳米材料的特性 (3)
1.3.1表面效应 (4)
1.3.2量子尺寸效应 (4)
1.3.3介电限域效应 (4)
1.3.4量子隧穿效应 (4)
1.3.5库仑阻塞效应 (5)
1.4 低维半导体纳米材料的制备 (5)
1.4.1 物理制备方法 (5)
1.4.2 化学制备方法 (6)
1.5 低维半导体纳米材料的应用 (7)
1.5.1 发光器件 (7)
1.5.2 场效应晶体管 (7)
1.5.3 光伏器件 (8)
1.5.4 锂离子电池 (9)
1.5.5 光催化 (9)
1.6 透射电镜在低维半导体纳米材料表征中的应用 (10)
1.7 选题目的与意义 (11)
第二章不同退火温度下所制备的锗纳米晶受应力作用而产生的微观结构演变 (12)
2.1 研究背景 (12)
2.2 实验方法 (12)
2.3 结果与讨论 (13)
2.4 结论 (23)
第三章磷化铟纳米线中不同角度的弯曲结构的形成机理 (24)
3.1 研究背景 (24)
3.2 实验方法 (24)
3.2.1 磷化铟纳米线的合成 (24)
3.2.2 磷化铟纳米线的表征 (25)
3.3 结果与讨论 (25)
3.4 小结 (32)
第四章磷化铟纳米线直径对孪晶缺陷密度的影响 (33)
4.1 研究背景 (33)
4.2 实验方法 (34)
4.2.1 磷化铟纳米线的合成 (34)
4.2.2 磷化铟纳米线的表征 (34)
4.3结果与讨论 (34)
4.4小结 (38)
总结与展望 (39)
参考文献 (40)
攻读硕士学位期间的研究成果 (49)
致谢 (50)
学位论文独创性声明 (51)
学位论文知识产权权属声明 (51)
引言
引言
半导体纳米材料作为未来社会信息化发展的基础，其研究与发展将极大地推动信息产业的升级与提高。伴随微电子器件的快速发展以及量子器件的出现，作为半导体纳米材料的重要组成部分，低维半导体纳米材料（特别是纳米晶及纳米线）的制备、微观结构与物理性能的研究对于微电子及传感器等领域的研究与应用将产生极大的促进作用。利用透射电子显微镜等先进的表征手段，可以有效地对低维半导体纳米材料内部的微观结构缺陷进行细致全面的研究，以此探究材料的微观结构与生长条件之间的关系，探明生长机理，从而对纳米材料的结构进行设计与指导，优化纳米线的制备条件与工艺参数，从而能够制备出优良的低维半导体纳米材料。
本论文从低维半导体纳米材料入手，主要研究了锗纳米晶与磷化铟纳米线。锗纳米晶由于存在较强的可见光光致发光以及电致发光的特性而被广泛地应用于发光器件；磷化铟纳米线则作为一种优良的III-V族半导体纳米材料在下一代的微电子、光伏器件以及传感器件中将大有可为。对他们的微观结构进行深入细致的研究有助于探明生长机理，从而为其应用奠定基础。
透射电子显微镜作为一种先进的表征手段，可为低维半导体纳米材料的研究提供详细的微观结构信息，对其生长过程进行全面的剖析，从而有助于深入细致地对低维半导体纳米材料进行系统研究，厘清其生长特点与生长机理。
本论文的主要研究成果如下：1）通过透射电镜研究发现，锗纳米晶的平均粒径尺寸随着退火温度的升高而增加。通过研究不同温度下锗纳米晶位错的含量与其内部的残余应力的关系，发现位错的形成与内应力场的释放关系紧密。2）通过固相源化学气相沉积法制备了磷化铟纳米线，结合电子显微学技术，对磷化铟纳米线中存在的弯曲结构进行了统计研究，发现在所制备的磷化铟纳米线中，弯曲角度主要集中在70o，90o，110o与170o，并阐明了不同弯曲角度的形成机理。3）利用透射电镜对所制备的磷化铟纳米线中的孪晶缺陷进行了研究，发现所制备的磷化铟纳米线中的孪晶缺陷密度随纳米线直径的增加而增加，该现象的发生主要是由于不同直径的纳米线其催化剂尺寸不同，导致催化剂中铟的过饱和程度不同。
低维半导体纳米材料的透射电子显微学研究，有利于揭示材料的内部微观结构并探究其生长机理，为实现低维半导体纳米线材料的可控制备及其在微电子、传感器以及光电器件方面的应用提供可靠的技术支持与理论依据。该研究将拓展低维半导体纳米材料的研究内涵并对其实际应用产生深远的意义。