直接氮化法制备单晶AlN纳米线

采用直流电弧放电装置,通过金属铝和氮气直接反应,在钼阴极上沉积出大量的AlN纳米线。利用XRD、SEM、TEM和拉曼(Raman)光谱对所制样品的结构、形貌和光学特性进行了表征。结果表明:大部分AlN纳米线沿着[001]方向生长,平均直径为45nm,长度5μm左右;Raman光谱的峰值与单晶体材料AlN的结果一致,说明AlN纳米线结晶质量较好。     

大面积超长氮化铝纳米线的制备及场发射特性研究

报道了一种通过直接氮化Al粉合成氮化铝(AlN)纳米线的方法。该方法无需任何催化剂,并且可以获得大面积的单一形貌的AlN纳米线。所制备的AlN纳米线的平均长度超过20μm,直径为30～125nm,是沿着[001]方向生长的单晶六方纤锌矿结构。场发射特性测试结果表明,AlN超长纳米线的开启电场为6.3V/μm,阈值电场为12.2V/μm,最大电流密度达1440μA/cm2。这暗示着AlN超长纳米线是一种很有潜力的冷阴极纳米材料。     

一维AlN纳米结构制备进展

采用CVD、碳纳米管模板法等方法已经制成了纳米线、纳米管等多种结构;同时研制成功多种一维纳米结构的阵列。用CVD方法合成的AlN纳米线直径为几十纳米、纳米线长度可以达到几十微米;用碳纳米管模板法可以控制AlN纳米线的直径。同时,AlN纳米线也已经在场致发射的研究领域得到应用。综述了AlN一维纳米结构材料的制备方法,分析研究了AlN一维纳米结构的合成反应机理和材料特性。     

MOCVD生长高Al组分AlGaN材料研究

报道了用MOCVD在蓝宝石衬底上生长日盲型AlGaN基紫外探测器用的高质量AlN、AlGaN材料。通过优化AlN、AlGaN生长的工艺条件,如生长温度、生长压力及Ⅴ/Ⅲ比等,得到了器件级高质量的AlN、AlGaN外延材料。AlN外延膜X射线双晶衍射ω(002)面扫描曲线半高宽为97",ω(102)面扫描曲线半高宽为870",Al0.6Ga0.4N外延膜双晶衍射ω(002)面扫描曲线半高宽为240";使用原子力显微镜(AFM)对两种样品5μm×5μm区域的表面平整度进行了表征,AlN外延膜的粗糙度(Rms)为8.484nm,Al0.6Ga0.4N外延膜的粗糙度为1.104nm;透射光谱测试显示AlN和Al0.6Ga0.4N吸收带边分别为205nm和266nm,且都非常陡峭。     

AlN外延薄膜的生长和特征

文章研究了AlN薄膜的晶体质量、表面形貌、应力等性质与AlN生长工艺的依赖关系.通过对低温成核厚度、成核温度和高温生长AlN所用Ⅴ/Ⅲ比的研究,制备出了具有较好晶体质量的AlN薄膜.高分辨三晶X射线衍射给出AlN薄膜的(002)和(105)的半高宽分别为16.9arcsec和615arcsec,接近国际上报道的较好结果.原子力显微镜对表面形貌的分析表明AlN薄膜的粗糙度为5.7nm.拉曼光谱表明E2(high)模向高能方向移动,说明蓝宝石上外延的AlN薄膜处于压应变状态.光学吸收谱在204nm处具有陡峭的带边吸收,也表明了AlN外延薄膜具有较好地晶体质量.     

AlGaN基p-i-n型日盲紫外探测器材料的研制

采用金属有机气相外延(MOCVD)方法在(0001)面蓝宝石衬底上生长了AlN和高铝组分AlGaN材料。通过优化AlN和AlGaN材料的生长温度、生长压力和Ⅴ族元素/Ⅲ族元素物质的量比(nⅤ/Ⅲ)等工艺条件,得到了高质量的AlN和高铝组分AlGaN材料。AlN材料X射线双晶衍射ω(002)半宽为74 arcsec,透射光谱测试带边峰位于205 nm,带边陡峭;Al组分为45%的AlGaN材料X射线双晶衍射ω(002)半宽为223 arcsec,透射光谱测试带边峰位于272 nm,带边陡峭。采用此外延工艺方法生长了AlGaN基p-i-n型日盲紫外探测器材料并进行了器件工艺流片,研制出AlGaN基p-i-n型日盲紫外探测器,响应峰值波长为262 nm,在零偏压下的峰值响应度达到0.117 A/W。     

AlN外延薄膜的生长和特征

文章研究了AlN薄膜的晶体质量、表面形貌、应力等性质与AlN生长工艺的依赖关系。通过对低温成核厚度、成核温度和高温生长AlN所用Ⅴ／Ⅲ比的研究，制备出了具有较好晶体质量的AlN薄膜。高分辨三晶X射线衍射给出AlN薄膜的(002)和(105)的半高宽分别为16．9arcsec和615arcsec，接近国际上报道的较好结果。原子力显微镜对表面形貌的分析表明AlN薄膜的粗糙度为5．7nm。拉曼光谱表明E2(high)模向高能方向移动，说明蓝宝石上外延的AlN薄膜处于压应变状态。光学吸收谱在204nm处具有陡峭的带边吸收，也表明了AlN外延薄膜具有较好地晶体质量。     

一维AIN纳米结构制备进展

采用CVD、碳纳米管模板法等方法已经制成了纳米线、纳米管等多种结构；同时研制成功多种一维纳米结构的降列。用CVD方法合成的AlN纳米线直径为几十纳米、纳米线长度可以达到几十微米；用碳纳米管模板法可以控制AlN纳米线的直径。同时，AlN纳米线也已经在场致发射的研究领域得到应用。综述了AlN一维纳米结构材料的制备方法，分析研究了AlN一维纳米结构的合成反应机理和材料特性。     

ZnO纳米线的低温生长及其发光特性

采用电场辅助电化学沉积的方法在阳极氧化铝模板中沉积出ZnO纳米线阵列.透射电子显微镜和X射线衍射测试结果表明,制备的纳米线是单晶ZnO纳米线,形貌均匀,直径大约为60nm,并且择优于(101)晶面.对生长过程中所加的辅助电场的作用给出了初步解释.光致发光谱表明,在350～650nm范围内存在一个很宽的发光峰.     

ZnO纳米线的低温生长及其发光特性

采用电场辅助电化学沉积的方法在阳极氧化铝模板中沉积出ZnO纳米线阵列.透射电子显微镜和X射线衍射测试结果表明,制备的纳米线是单晶ZnO纳米线,形貌均匀,直径大约为60nm,并且择优于(101)晶面.对生长过程中所加的辅助电场的作用给出了初步解释.光致发光谱表明,在350～650nm范围内存在一个很宽的发光峰.     

自催化方式制备ZnO纳米线及光致发光特性

采用化学气相沉积法,不用催化剂,在Si(111)基片上制备了ZnO纳米线。扫描电子显微镜(SEM)表征发现ZnO纳米线的直径在100nm左右。X射线衍射(XRD)图谱上只存在ZnO的(002)衍射峰。室温下光致发光谱(PL)中出现了389nm和357nm的紫外峰以及五个蓝光峰(450,468,474,481和491nm)。389nm峰为自由激子复合发射357nm峰是在LO声子的参与下,自由载流子碰撞形成自由激子过程的发光行为;468nm峰系电子从氧空位形成的浅施主能级向价带跃迁发光;450nm峰系电子从导带向锌空位形成的浅受主能级跃迁发光;474,481和491nm峰是声子伴线。     

单晶6H-SiC纳米线的可控掺杂及光学特性

采用有机前驱体制备纳米材料工艺,制备出不同Al掺杂浓度的6H-SiC纳米线(Al/6H-SiC).用HRTEM、EDX、XRD等对纳米线进行了表征,发现随着起始材料中异丙醇铝含量的增加,所制备的纳米线中的Al浓度也在增加,最高可达到1.25%, HRTEM显示晶格间距为0.26 nm和0.25 nm,对应为6H-SiC的(101)和(102)面间距,Si、C原子比为1∶1.拉曼光谱得到这种6H-SiC的声子能量为100 meV,由吸收光谱带边吸收外推计算得到Al/6H-SiC纳米线光学带隙,掺杂浓度越大,吸收边红移越大.     

硅基有序截锥短纳米线的陷光特性

高效陷光是提高薄膜太阳电池效率的重要因素。本文利用周期性的截锥Si纳米线结构获得了宽光谱的高效陷光,其陷光机制借助FDTD solution软件进行了分析。利用图形衬底和选择性外延技术,先在硅衬底上生长出传统的周期性圆柱状硅纳米结构,长度为200nm,直径为80nm;之后利用热氧化技术,制备出可控的截锥纳米线结构,长度为140nm时,其在300-900nm的平均反射率低于5%。这表明有序截锥短纳米线具有良好的宽光谱减反特性,可应用于径向纳米线太阳电池的制备。     

InGaN/GaN多量子阱纳米线发光二极管制备及研究

用SiO2纳米图形层作为模板在以蓝宝石为衬底的n-GaN单晶层上制备了InGaN/GaN多量子阱纳米线,并成功实现了其发光二极管器件(LED).场发射扫描电子显微镜(FESEM)的测量结果表明,InGaN/GaN多量子阱纳米线具有光滑的表面形貌和三角形的剖面结构.室温下阴极射线荧光谱(CL)的测试发现了位于461 nm...     

Fe纳米线的制备及其磁性能研究

采用电化学沉积法封装阳极氧化铝(AAO)模板,制备出不同直径的Fe纳米线阵列。Fe纳米线阵列的形貌、组成、晶型、磁学性能分别通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)、震动样品磁强计(VSM)进行表征。结果表明:电化学沉积法可以制备出直径为33~95 nm的Fe纳米线;纳米线排列有序,粗细均匀,具有明显的[110]择优取向。VSM测试结果表明纳米线的直径对其磁性能影响很大。当纳米线直径为33~40 nm时,纳米线具有明显的磁各向异性,垂直模板表面的方向为易磁化方向,该方向上矫顽力达112 745.4 A/m以上,矩形比达0.43以上;当纳米纤维直径为75~95 nm时,纳米线的磁各向异性较弱,轴向上矫顽力和矩形比也较小。     

非晶SiO2纳米线的合成及其显微结构和光学性质的研究

本研究以硅片为衬底,热蒸发一氧化硅粉末在较低温度下合成了大量直径均匀的非晶SiO2纳米线.这些纳米线直径分布在15 nm～40 nm之间,长度几十微米.选区电子衍射(SAED)、能谱(EDS)、电子能量损失谱(EELS)分析结果表明这些纳米线为非晶SiO2纳米线.光致发光(PL)谱测试结果显示纳米线在波长550 nm处存在一个较强的PL峰.本文进一步指出了蒸发源SiO粉末的颗粒度和蒸发温度对纳米线生长有强烈的影响.     

纳米AIN粉末的制备与烧结

利用低温燃烧合成前驱物制备出平均粒度为100 nm的AlN陶瓷粉末,比较了该粉末的常压烧结和放电等离子烧结的特性。实验表明:以合成的AlN粉末为原料,添加5%(质量比)Y2O3作为烧结助剂,在常压、流动N2气氛下1600℃保温3 h,制备出平均晶粒尺寸为4~8μm、密度为3.28 g.cm-3的AlN陶瓷;将同样的粉末不加任何烧结助剂,采用SPS技术在1600℃保温4 min,得到密度为3.26 g.cm-3的AlN陶瓷,晶粒度约为1~2μm。     

晶体光谱特性

测量了0.8 at.-% Nd3+:Y0.5Gd0.5VO4的吸收光谱和荧光发射谱,光谱显示该晶体在808.5 nm有很强的偏振光吸收峰,且π偏振光(E∥C)吸收远强于σ偏振光(E⊥C)吸收,半高宽度分别为4.5 nm和12 nm,吸收截面分别为19.69×10-20 cm2和6.41×10-20 cm2;其荧光发射( 4F3/2→ 4I11/2跃迁)峰值波长在1064 nm,半高宽度为3.7 nm; 4F3/2→ 4I11/2跃迁的荧光寿命为110 μs;光谱特性表明Nd3+:Y0.5Gd0.5VO4晶体是潜在的高效率激光晶体材料.     

纳米AlN粉末的制备与烧结

利用低温燃烧合成前驱物制备出平均粒度为100 nm的AlN陶瓷粉末,比较了该粉末的常压烧结和放电等离子烧结的特性.实验表明:以合成的AlN粉末为原料,添加5%(质量比)Y2O3作为烧结助剂,在常压、流动N2气氛下1600℃保温3 h,制备出平均晶粒尺寸为4～8 μm、密度为3.28 g·cm-3的AlN陶瓷;将同样的粉末不加任何烧结助剂,采用SPS技术在1600℃保温4 min,得到密度为3.26 g·cm-3的AlN陶瓷,晶粒度约为1～2μm.     

流延成型用AlN无苯浆料的制备及其性能研究

氮化铝(AlN)陶瓷具有优良的热、电、力、光学性能,具有广阔的应用前景,已经引起了国内外研究者的广泛关注。以无水乙醇和异丙醇为混合溶剂,研究了分散剂添加量、Y值(表示粘结剂和增塑剂质量之比)、固含量及溶剂种类对AlN浆料性能的影响。在不添加二甲苯的前提下,当分散剂添加量为1.0%(质量分数)、Y值为0.75时,制备了固含量为39.5%(体积分数)的低黏度AlN浆料,并利用流延成型制备了AlN生坯,在氮气气氛中1 825℃,保温4 h烧结后得到相对密度为99.8%、热导率为178 W·m–1·K–1的AlN陶瓷。