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应变对半导体材料性质的影响一直是近年来研究的热点课题。随着半导体工业的发展,半导体器件的尺度不断的缩小,应变也就更加容易产生和积累。因此,对应变状态下半导体材料性质变化的研究也就显得愈加重要。能带结构是半导体材料最要的性质之一,直接影响着半导体材料的电学、光学等多方面的性质。因此,通过研究应变状态下半导体能带结构的演化,就能够掌握应变对半导体性质产生影响的物理规律。准一维半导体纳米材料在未来的应用中有着巨大的潜力,有望成为半导体纳米器件的设计和制作中的基本原件。并且,高比表面积的准一维纳米材料能够承受较大的应变,也成为了研究应变下半导体材料性质的理想平台。本文通过阴极荧光技术研究了应变状态下半导体(ZnO、CdS、CdSe等)材料准一维纳米结构带边发射峰的演化,解释了半导体带隙随应变变化的规律。本文的主要研究成果如下:
1.通过液氮温度下的阴极荧光光谱,我们证实了在纯弯曲应变下的ZnO、CdS和CdSe纳米线(直径小于材料的激子扩散长度)中,带边发射峰的红移量与应变梯度成线性的关系。在实验中,我们验证了不同尺度、不同生长方向及带边发射位于不同波段的样品,线性应变梯度效应均十分明显。
2.在液氮温度下,通过沿ZnO微米线径向的线扫,我们得到了带边发射峰随应变演化的规律。通过提取应变中性面上的CL光谱,我们证实了在ZnO微米线(直径远大于激子扩散长度)中,线性应变梯度效应依然成立。
3.在液氦温度下,通过沿ZnO微米线径向的线扫,我们得到了ZnO微米线价带顶A、B、C带随应变的演化规律。我们的实验结果揭示了ZnO材料能带中价带顶的精细结构随应变的演化规律。
4.通过Raman光谱和PL光谱,辅助性的研究了应变对准一维半导体纳米材料性质的影响。
我们的研究揭示了准一维半导体纳米材料能带结构随应变演化的一般规律,对未来半导体纳米器件的设计和应用有重要的指导意义。