CNT-TCFs/石英衬底上GaN薄膜的低温制备及性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangqiqi77
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氮化镓(GaN)是第三代半导体材料的代表,具有宽带隙、高击穿场强、高电子迁移率、化学稳定性好等优点,在光电器件和电子器件中展现出巨大的潜力,可以被用来制备耐高温、高压、高频和大功率器件。GaN晶体生长的关键是衬底选择,若选择同质衬底外延薄膜成本高而且不能实现大面积沉积,因而只能通过寻找异质衬底生长GaN。在硅(Si)、碳化硅(SiC)、蓝宝石(α-Al2O3)等晶体上制备出了高质量的GaN。目前硅基GaN因为其低成本和技术支撑已经被应用在商业领域。近年来也有工作者们研究在二维材料如石墨烯、六方氮化硼(h-BN)、二硫化钼(MoS2)等衬底上生长GaN,得到了低缺陷的高质量GaN。自从1991年碳纳米管(CNTs)被发现以来,由于其独特的结构特性、优异的光学、电学性能被广泛研究。CNTs薄膜包括水平阵列膜、垂直阵列膜和透明导电薄膜(TCFs)等。有许多研究者在CNTs阵列膜上制备GaN纳米管、GaN纳米线等,却没有在碳纳米管透明导电薄膜(CNT-TCFs)上制备GaN的研究。CNT-TCFs具有良好的电学和机械性能,被看作ITO的最佳替代品。本文利用ECR-PEMOCVD装置在CNT-TCFs/石英衬底上低温制备GaN外延薄膜。利用溶胶-凝胶法在石英衬底上制备出CNT-TCFs,然后将CNT-TCFs/石英衬底放入ECR-PEMOCVD装置中沉积GaN薄膜。ECR-PEMOCVD装置采用微波等离子体源,实现了GaN薄膜的低温制备。本文通过改变CNTs:SDBS:H2O比例配液,制备出五组CNT-TCFs样品。通过对五组样品进行透射谱和I-V测试,可以得出样品的透过率和电阻。通过R-T散点图确定了样品2的导电性和透光率综合最佳。通过扫描电子显微镜(SEM)观察样品2,可以发现CNT-TCFs内的CNTs无序排列,相互连接,局部有CNTs团簇。用样品2配液制备CNT-TCFs样品,作为生长GaN薄膜的衬底,通过改变TMGa流量和生长温度探究GaN薄膜最佳生长条件。RHEED图像表明TMGa流量为1.0sccm,生长温度为300℃时,GaN薄膜表面结晶性最好,形成了多晶。X-射线衍射(XRD)图像可以看出当TMGa流量为1.0sccm,生长温度为300℃时,生成了六方锌纤矿结构的GaN多晶。荧光光谱(PL)和XRD图像分析可知当TMGa流量为0.8sccm,生长温度为300℃时生成了GaN非晶。I-V曲线证明CNT-TCFs与GaN之间为欧姆接触。
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