取向GaN纳米线制备及纳米管特性研究

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氮化镓(GaN)是一种优异的宽禁带半导体材料,具有良好的光电性质和热稳定性,是制作蓝、绿发光二极管(LED),激光二极管(LD)和高温、高功率、高频器件的理想材料。随着电子器件的高度集成化和微尺度化的发展,以纳米材料为基础的纳米电子器件成为未来器件的重要发展方向。研究低维GaN纳米材料的制备和物性,可以为将来制备纳米器件提供技术支持。因此,一维GaN纳米材料的研究备受关注。  本文研究了用Pt催化CVD法制备取向GaN纳米线的工艺;用密度泛函理论计算了扶手型GaN纳米管的电子结构和电子输运特性。  首先,在Si片上溅射Pt薄膜,并对其进行退火处理,在Si衬底上获得不同大小、分布均匀的纳米Pt催化剂颗粒;然后,利用化学气相沉积(CVD)法在有纳米Pt催化剂颗粒的Si衬底上制备GaN纳米线,并对样品进行了SEM,XRD表征,结果表明所制备的样品为六方纤锌矿结构,纳米线具有一定的取向,并研究了生长温度对GaN纳米线取向的影响,样品的场发射(FED)测试结果表明,纳米线的取向对场发射性能有影响。  利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法对扶手型氮化镓纳米管(n,n)(2≤n≤10)的电子结构和输运特性进行了系统的理论研究,结果表明:扶手型GaN纳米管(2≤n≤10)的带隙均为间接带隙,且禁带宽度随管径的增大而增大;电子态密度和电子传输谱都有脉冲型尖峰,峰值的最大值均随着纳米管n值的增大而增大,且两者峰值能量范围具有较好的对应关系;两极体系下得到GaN纳米管的电流-电压特性曲线,发现随着管径的增大纳米管的半导体性越来越明显。
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