氮化镓低维材料

本文综述了本实验室近年来在半导体低维材料制备和结构方面的一些进展,内容包括纳米线、纳米带、量子点、纳米固体的制备和结构特征、纳米线径向生长动力学和表面形貌稳定性.     

硅纳米线的发光性能研究及其应用前景

硅纳米线是一种具有优异的物理、化学及力学性能的半导体材料,其独特的光致发光性能使硅纳米线有望在低维纳米材料发展的基础上实现硅基纳米结构的光集成电路.文中重点介绍了硅纳米线光致发光特性的研究现状及其发光机制的理论研究,最后对硅纳米线的应用前景加以展望.     

兰州化物所金属/半导体异质光催化纳米材料研究获进展

在中国科学院"百人计划"项目和国家自然科学基金委支持下,中国科学院兰州化学物理研究所能源与环境纳米催化材料课题组在金属/半导体异质光催化纳米材料结构设计合成研究领域获新进展。能源与环境纳米催化材料课题组设计构建了一种新型异质结构光催化剂——金属Ag纳米线/Ag3PO4立方体异质光催化剂,即在Ag纳米线表面通过选择性外延生长构建了尺寸、形貌、位置、数量等可控的Ag3PO4立方体,形成项链状异质纳米结构。由于金属Ag纳米线具有较低费米能级,可以高效分离半导体光     

Au掺杂浓度对Si纳米线电子结构和磁性的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理,对不同直径和浓度Au掺杂Si纳米线的态密度和磁性进行了计算。结果表明:杂质Au的形成能随Si纳米线直径的增大和掺杂浓度的降低而下降,这说明直径越小的Si纳米线掺杂越困难,杂质浓度越高的Si纳米线越不稳定。其磁性是由于Au d轨道和Si p轨道的p-d耦合而产生的;改变Au的掺杂浓度可改变Si纳米线的带隙,也改变了其磁矩的大小。     

化学气相沉积法制备氧化镓纳米线

β-Ga2O3纳米线是一种新型具有强发光特性的宽带隙半导体材料,作为探测器性能稳定巨可靠,近年来受到了极大的关注.本文主要采用化学气相沉积法(CVD),以Ag纳米颗粒为催化剂,在Si(100)衬底上生长了β-Ga2O3纳米线,经EDS、SEM、TEM等技术表征,证明其大部分遵循VLS生长机理,少许遵循VS机制.其中遵循 VLS 生长机制的β-Ga2O3纳米线更细更长,其形貌均匀一致,长度约为230～260 μm,直径约为150～180 nm,巨Ag颗粒皆在纳米线顶部.     

气相法制备ZnO纳米线及其阵列的生长机制

半导体纳米线和纳米棒及其阵列是具有强量子限制效应的一维纳米结构,它们所具有的新颖光学、电学、磁学和力学性质,使其在发光器件、场效应器件、存储器件和传感器件及其集成技术中具有潜在的应用.本文以生长机制为主线,简要介绍了气相法,即采用金属催化剂的气-液-固(VLS)法和不采用金属催化剂的气-固(VS)法,在ZnO纳米线及其阵列结构制备中的应用,评论了近3～5年内它们在这一领域研究中取得的研究进展.讨论了目前存在的问题,并预测了今后的发展趋势.     

纳米金刚石材料的研究进展

纳米金刚石不但拥有金刚石材料优异的物理、化学特性,还具备一些在纳米尺度下的特殊性能,如半导体特性、良好的生物相容性及光学特性.其研究吸引了国内外研究人员的广泛关注,且关于纳米金刚石材料的制备、性能表征以及应用的相关研究逐渐开展.前期的研究显示:不同形貌的纳米金刚石材料需要特定的制备方法、且表现出各异的特殊性能,适合于不同的应用领域.文中首先介绍了纳米金刚石颗粒、薄膜、金刚石纳米片及金刚石纳米线的制备方法;其次阐述了各类纳米金刚石材料在光、电、力学等方面的特殊性能,并对纳米金刚石材料在民用、生物医药、军事等领域的应用进行了总结,最后展望了纳米金刚石材料的发展前景.     

半导体所在GaAs纳米线结构相变的研究方面取得重要成果

作为传统的Ⅲ-V族半导体,GaAs体材料的稳定相是闪锌矿结构。但是当进入到纳米尺度时,由于表面积相对增加,又由于纤锌矿结构的表面能较低,使得GaAs纳米线上容易出现纤锌矿结构,互相竞争的结果往往是两相共存,还夹着很多平面缺陷(planar defect)。因此如何得到纯闪锌矿或者纯纤锌矿结构的     

近物所等InSb半导体纳米线电学输运性质研究取得新进展

中科院近代物理研究所材料研究中心与德国Juelich研究中心及美国南加州大学合作开展InSb半导体纳米线电学输运性质研究并取得新进展。近物所材料研究中心科研人员多年来致力于金属和半导体纳米线的制备与性质研究,在纳米线光学性质研究、纳米线晶体结构调控、特殊结构与功能的纳米材料制备等方面均取得了一系列成果。为系统研究单根InSb半导体纳米线的电学性质,科研人员把纳米线转移至SiO/Si基底,结合电子束光     

基于CVD自组装生长氧化锌半导体纳米结构的光电导紫外探测器研究

报道了一种基于自组装生长ZnO纳米结构的光电导型紫外探测器.首先,在石英衬底上制备银叉指电极,然后溅射ZnO纳米薄膜形成一种共面光电导型金属-半导体-金属(MSM)结构,再利用低压CVD生长方法进行ZnO纳米线的原位生长,从而在器件顶部形成了ZnO纳米线垂直阵列和其上交错排列ZnO纳米线所构成的双层ZnO纳米线结构.这种器件底部的ZnO薄膜既是MSM光电导器件的电荷传输层,也同时作为上层ZnO纳米结构自组装生长的籽晶层,顶部的ZnO纳米结构层作为紫外光敏感层,测试结果表明该器件具有光响应速度快、光响应电流大和良好的紫外响应可分辨特性.研究表明,相比于单根ZnO纳米线光电导紫外器件而言,基于ZnO纳米结构膜层的光电导紫外探测器能够大幅度提高可测光响应电流.     

半导体所在Si衬底上生长Ga基半导体纳米线研究中取得进展

正Si是现代CMOS工艺不可或缺的材料,而Ⅲ-Ⅴ族半导体广泛应用于光电子、超高速微电子和超高频微波等器件中。长期以来,科学家们试图在Si衬底上外延高质量Ⅲ-Ⅴ族半导体。但由于晶格不匹配会导致生长的Ⅲ-Ⅴ族半导体质量较差。当材料降低到纳米尺度,由于应力可以得到有效释放,上述困难得以缓解。     

ZnO/GaN核/壳异质结纳米线能带结构和电荷分离的理论研究

采用密度泛函第一性原理的方法计算了 GaN纳米线、ZnO纳米线及其核/壳纳米线结构的能带结构,价带顶(VBM)和导带底(CBM)的电荷分布.计算表明本征GaN和ZnO纳米线材料VBM和CBM所对应电荷分布较为分散,且与直径关系不大,形成不了II型半导体电荷分离效应.GaN和ZnO组成的核/壳纳米线均保持本征GaN和ZnO纳米线的直接带隙性质.在ZnO包裹GaN的核壳纳米线结构中,不同比例的ZnO和GaN之间电荷转移均不明显, VBM和CBM电荷分布基本都是由壳层的ZnO的O原子占据,难于实现VBM和CBM电荷空间分离.在GaN包裹ZnO的核壳纳米线结构中,VBM电荷和CBM电荷分布分别主要由壳层的N原子占据和核层的O原子占据,同时ZnO和GaN之间的电荷转移量相对较大,容易形成较大的核壳内置电场,有利于促进空间电荷分离,并且随着ZnO的比例增加电荷转移量也相应增加,能有效的促进电荷分离有利于制备成 II型半导体.     

Au纳米颗粒的制备及光限幅效应研究

分别采用两相法和水相法制备颗粒大小不同的Au纳米颗粒,通过紫外-可见吸收光谱和电子透射显微镜研究了表面保护剂剂量与粒径大小关系,发现表面保护剂增加会使Au纳米颗粒粒径降低,且分级纯化法会降低粒径分布范围.在此基础上对不同方法制备的Au纳米颗粒进行非线性光限幅测试.两相法制备的Au纳米颗粒的光限幅阈值比水相法制备的Au纳米颗粒低,但随着入射能量的增大,水相法制备的Au纳米颗粒的光限幅效果优于两相法Au纳米颗粒.     

多晶Si薄膜表面金催化Si纳米线生长

以Au膜作为催化剂和大晶粒多晶Si薄膜为衬底,利用固-液-固生长机制,制备出直径在30～ 100 nm和长度为几百微米的高密度Si纳米线.实验研究了退火温度、生长时间和N2流量对Si纳米线生长的影响.结果表明,随着退火温度的升高,生长时间的延长和N2流量的增加,Si纳米线的长度和密度都显著增加.对不同生长时间下获得的Si纳米线样品进行了X射线衍射测量,结果显示随着生长时间的延长,多晶Si薄膜和表面的Au膜成分都在减少.光致发光谱则显示出弱的蓝光发射和强的红光发射特性,前者应是由非晶SiOx壳层中的氧空位发光中心引起,后者则应归因于Si纳米线芯部与非晶SiOx壳层之间界面区域附近中的Si =O双键态或非桥键氧缺陷中心.     

载Ag二氧化钛纳米线的制备及其光催化性能

利用水热合成法,制备出了二氧化钛纳米线,通过葡萄糖还原Ag(NH3)+2,在制备出的二氧化钛纳米线表面负载了 Ag纳米颗粒.利用透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见光谱(UV-Vis)对产物进行了表征.结果表明:该Ag/TiO2纳米线在可见光区域表现出较强的吸收性能.测试了样品降解酸性红3R溶液的活性.结果表明,TiO2纳米线表面负载Ag纳米颗粒对提高其光催化性能具有积极的作用.     

半导体上生长出石墨烯

挪威科技大学的研究人员开发出一种低成本的方法,能够在砷化镓纳米线上生长出石墨烯。研究人员称,这种石墨烯半导体混合材料具有优良的光电性能和透明、可弯曲等特性,有望加速石墨烯的商业化进程,为半导体产业带来变革。相关论文发表在《纳米快报》杂志上。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,具有非同寻常的导电性能、比钢铁还好的强度和极好的透光性,不少人认为它的出现将在现代电子科技领域引发一轮革命。IBM和三星等公司一直都在寻找能     

泡沫镍衬底上生长二氧化锡纳米线的生长行为及光致发光性能研究

采用热蒸发法,在镀有Au(金)的多孔泡沫镍基底上生长了SnO2纳米线,生长温度分别为750℃、800℃和850℃,分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究了生长温度对纳米线生长行为的影响,采用X射线光电子能谱仪(XPS)研究了样品的元素结合态,采用荧光光谱仪研究了样品的室温光致发光(PL)性能.结果证明,生长温度对SnO2纳米线形貌、尺寸、密度等形态学特征影响显著.在750℃下,SnO2为颗粒状;800℃生成了较高密度的SnO2纳米线,且随温度升高纳米线产量增加、直径显著增大;在850℃下其直径增大至微米级.对室温光致发光性能的研究发现,随生长温度升高,在SnO2产量增加和氧缺陷浓度的提高的共同作用下,导致其发光性能随之显著提高.     

PbS/CdS纳米晶共敏化ZnO纳米线太阳能电池的性能研究

以Zn (Ac)2·2H2O为原料在强碱性条件下合成一维结构的ZnO纳米线,SEM结果表明合成的纳米线尺寸、形貌、长径比均一;并以油胺为单一溶剂采用热注射法制备了形貌、尺寸均匀的PbS纳米晶;构建PbS纳米晶敏化ZnO纳米线基太阳能电池,同时为了改善电池的光电转换效率并构建了PbS/CdS纳米晶共敏化电池,并测试了电池的光电流密度-光电压(J-v)曲线以及Nyquist曲线图,结果表明PbS/CdS纳米晶共敏化电池性能明显优于单纯的PbS纳米晶敏化ZnO纳米线太阳能电池.     

氮化铝纳米线直接氮化制备工艺优化及形成机理分析

采用金属铝粉与氮气在一定温度下直接反应的方法,利用金属镁粉与NH4 Cl双重辅助氮化的优越性,制备出性能较好的氮化铝粉体纳米材料,主要包括纳米颗粒及纳米晶须.通过优化反应物的添加剂配比、反应温度、保温时间等反应条件,得到了形貌较好的氮化铝纳米线材料.在此基础上分析了氮化铝纳米线的反应生成过程,并采用VS机制对纳米线的生长机理进行了解释.     

水热法制备ZnO晶体及纳米材料研究进展

纳米ZnO材料是新型宽禁带半导体材料,具有优良的光学及电学性能,在太阳能电池电极及窗口材料、声表面波材料、光电材料、敏感材料等方面得到广泛应用.纳米ZnO材料性能与制备技术有很大关系,本文综合评述了水热法制备纳米ZnO材料研究现状,研究了其制备特点及制备机理,从纳米ZnO晶体、阵列或薄膜、粉体三个方面制备实例研究了水热制备方法,最后探讨了纳米ZnO材料发展前景.