基于无催化剂化学气相沉积法的氮化镓纳米线制备和表征
氮化镓的制备实验室工艺
氮化镓的制备实验室工艺氮化镓（GaN）是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用潜力，例如在光电子器件、电力电子器件和半导体激光器等领域。
下面是氮化镓的制备实验室工艺的详细介绍。
1. 材料准备氮化镓的制备首先需要准备用于反应的原料。
一般来说，制备氮化镓需要用到金属镓（Ga）和氮气（N2）作为原料。
金属镓可以通过商业供应商购买到高纯度的镓棒，而氮气则可以通过液氮蒸发得到。
此外，还需要一些其他材料，如用于反应装置的石英管、石英舟、石英底座等。
2. 反应装置的搭建搭建反应装置是制备氮化镓的第一步。
一般来说，反应装置采用低压化学气相沉积（LPCVD）或者金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术。
在LPCVD中，负责反应的金属镓和氮气分别进入反应装置的两个室内，通过调节进气流量和温度，使金属镓在高温下与氮气发生反应生成氮化镓。
在MOCVD中，使金属有机化合物与载气混合后进入反应装置，经过热解和气相反应生成氮化镓。
3. 反应条件的优化在制备氮化镓过程中，反应条件的优化是十分重要的。
可以通过调节金属镓和氮气的流量、反应温度、反应时间等参数，来控制氮化镓的生长速率和质量。
此外，还可以通过掺杂其他元素或添加掺杂剂来调节氮化镓的电学性能。
4. 氮化镓的生长在反应装置中，金属镓和氮气进入反应区域后会在高温条件下发生反应，生成氮化镓晶体。
晶体的生长过程一般是在石英基底上进行。
在生长的过程中，金属镓和氮气以一定的流量进入反应区域，与种子层上的镓发生反应生成氮化镓。
反应完成后，可以得到氮化镓薄膜。
5. 氮化镓的后处理生长完氮化镓薄膜后，需要进行后处理步骤。
后处理包括去除残留的金属镓和其他有机物，以及对氮化镓薄膜的物理和化学性质进行分析和表征。
后处理过程可以使用化学溶剂、超纯水和浓酸进行清洗，然后使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等仪器对氮化镓薄膜进行分析。
以上就是氮化镓的制备实验室工艺的详细介绍。
通过控制适当的反应条件和后处理步骤，可以获得高质量的氮化镓材料。
（物理化学专业论文）低维（VIa族化合物）半导体纳米材料的制备及表征
⑧浙江大学博十学位论文第一章绪论纳米是一种长度度量单位，即米的十亿分之一。
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（１一１００ｍ）或者由它们作为基本单元构成的材料。
广义地说，纳米材料是泛指含有纳米微粒或纳米结构的材料。
１．１．１纳米材料的诞生及其发展早在】８世纪６０年代，随着胶体化学的建立，科学家们就开始了对纳米微粒体系（胶体）的研究。
到２０世纪５０年代末，著名物理学家，诺贝尔奖获得者理查德·费曼首先提出了纳米技术基本概念的设想。
他在１９５９年１２月美国加州理工学院的美国物理年会上做了一个富有远畿鬈０意黑２＝：盏：篙翼盎：见性的报告，并做出了美妙的设想：如果有一天可以按人的意志安排一个个原子，那将会产生怎样的奇迹？理查德·费曼先生被称为“纳米科技的预言人”。
随后，１９７７年美国麻省理工学院的学者认为上述设想可以从模拟活细胞中生物分子的研究开始，并定义为纳米技术（ｎａｎｏｔｃｃｈｎｏｌｏｇｙ）。
１９８２年Ｂｉｎｉｎｉｎｇ和Ｒｏｈｒｅｒ研制成功了扫描隧道显微镜（ｓ１Ｍ），从而为在纳米尺度上对表面进行改性和排布原子提供了观察工具。
１９９０年美国ＩＢＭ公司两位科学家在绝对温度４Ｋ的超真空环境中用ｓＴＭ将Ｎｉ（１１０）表面吸附的ｘｅ原子在针尖电场作用下逐一搬迁，⑧浙江大学博士学位论文电子既具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。
近年来，人们发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。
量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。
例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在Ｏ．２５ｕｍ。
目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。
氮化镓纳米粒子的制备及光致发光研究
氮化镓纳米粒子的制备及光致发光研究沈龙海;富松;石广立【摘要】采用直接氮化法制备出尺寸不同的GaN纳米粒子,分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)谱测试手段对所制样品进行表征和发光特性的研究.结果表明:所制备的两种GaN纳米粒子直径分别为100 nm和300 nm左右.在GaN纳米粒子的PL谱中,中心在357 nm的发射源于本征发光,中心在385 nm的发射带源于浅施主能级到价带的辐射复合,中心在560 nm左右的发射带源于浅施主能级到深受主能级间的施主-受主对辐射发光.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2014(035)005【总页数】4页(P585-588)【关键词】GaN纳米粒子;直接氮化法;光致发光【作者】沈龙海;富松;石广立【作者单位】沈阳理工大学理学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学理学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学理学院,辽宁沈阳110159【正文语种】中文【中图分类】O471.4;O482.311 引言GaN是一种优异的直接带隙半导体材料,室温下禁带宽度为3.4 eV,具有优良的光电性能、热稳定性及化学稳定性,是制作高亮度蓝绿发光二极管(LED)、激光二极管(LD)以及大功率、高温、高速和恶劣环境条件下工作的光电子器件的理想材料[1-2]。
最近有报道发现GaN基纳米材料具有吸收可见光使水解离产生氢的性能,这使得GaN纳米材料的研究获得了很多的关注[3-4]。
半导体纳米粒子由于小尺寸效应,往往会呈现不同于体材料的发光特性[5]。
但要实现高效可靠的光发射,尤其是可在柔性衬底上制作器件并可供日常使用的光发射材料仍然是个巨大的挑战[6]。
这使得GaN纳米材料的发光特性、能带结构及深能级行为的研究对其在未来纳米器件上的应用具有十分重要的现实意义。
目前,合成GaN纳米粒子方法主要有氨热法[7]、金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)法[8]、高温热解法[9-10]、胶体化学法[11]等。
GaN-MOCVD反应室的CFD数值模拟计算的开题报告
GaN-MOCVD反应室的CFD数值模拟计算的开题报告1. 研究背景与意义化学气相沉积法（MOCVD）是一种制备宽带隙半导体材料的重要技术，已广泛应用于LED、激光器、太阳能电池等领域。
然而，MOCVD过程中气相反应的复杂性使得优化反应条件和提高材料质量成为一个挑战。
计算流体力学（CFD）模拟方法可用于模拟反应室内的流场、温度场、气相成分分布等关键参数，从而揭示反应机理和优化反应条件，提高材料质量与器件性能。
本研究旨在利用CFD模拟方法研究GaN-MOCVD反应室中气相化学反应的动态特性，为制备高质量GaN材料提供理论基础。
2. 研究内容与方法2.1 研究内容（1）建立GaN-MOCVD反应室的CFD数值模型，包括反应室内部的几何结构、反应过程中所涉及的化学反应、物理过程以及其它相关细节；（2）通过CFD数值模拟，研究和分析GaN-MOCVD反应室内的气相流动、温度场、传质和化学反应过程等关键参数的分布特征及其变化规律，去掉杂质助剂对物理与化学过程的影响；（3）模拟不同反应条件下气相成分、沉积速率、晶体质量等重要物理化学参数随时间和空间的演变，研究材料生长的机理；（4）对比实验结果，验证CFD模拟的可靠性和准确性。
2.2 研究方法建立GaN-MOCVD反应室的CFD数值模型，考虑物理化学过程，采用ANSYS Fluent软件进行数值模拟。
具体内容包括：（1）建立反应室的几何模型和网格划分，采用三维模型，并分区域分别拖拽网格划分，确保网格质量；（2）设定边界条件，包括进口处的进气流量、温度、组分等关键参数，以及出口处的压力等条件；（3）设定物理模型，包括气体流动、传热、物质传递、化学反应等过程，并考虑杂质助剂对物理化学过程的影响；（4）运行CFD数值模拟，分析反应室内的气相流动、温度场、传质和化学反应过程等关键参数的分布特征及其变化规律。
3. 预期研究结果（1）建立GaN-MOCVD反应室的CFD数值模型，包括反应室内部的几何结构、反应过程中所涉及的化学反应、物理过程以及其它相关细节；（2）模拟不同反应条件下气相成分、沉积速率、晶体质量等重要物理化学参数随时间和空间的演变，研究材料生长的机理；（3）比较实验结果，验证CFD模拟可靠性和准确性；（4）分析模拟结果，得出对于GaN-MoCVD反应室优化设计，提高GaN材料质量的建议。
化学气相沉积法制备SiC纳米线的研究进展
化学气相沉积法制备SiC纳米线的研究进展摘要：SiC纳米线具有优良的物理、化学、电学和光学等性能在光电器件、光催化降解、能量存储和结构陶瓷等方面得到广泛应用。
其制备方法多种多样其中化学气相沉积法（CVD)制备SiC纳米线因具有工艺简单、组成可控和重复性好等优点而备受关注。
近年来在化学气相沉积法制备SiC纳米线以及调控其显微结构方面取得了较多成果。
采用Si粉、石墨粉和树脂粉等低成本原料以及流化床等先进设备,通过化学气相沉积法制备出线状、链珠状、竹节状、螺旋状以及核壳结构等不同尺度、形貌各异的SiC纳米线并且有的SiC纳米线具有优良的发光性能、场发射性能和吸波性能等,为制备新型结构和形貌的SiC纳米线及开发新功能性的SiC纳米器件提供了重要参考。
目前,未添加催化剂时利用气相沉积法制备的SiC纳米线虽然纯度较高但存在产物形貌、尺度和结晶方向等可控性差;制备温度较高和产率相对较低的问题。
而添加催化剂、熔盐以及氧化物辅助可明显降低SiC纳米线的制备温度提高反应速率以及产率但易在SiC 纳米线中引入杂质。
将来应在提高SiC纳米线的纯度、去除杂质方面开展深入研究;还应注重低成本、规模化制备SiC纳米线的研究采用相应措施调控SiC纳米线的显微结构以拓宽SiC纳米线的应用领域。
本文综述了目前国内外采用化学气相沉积制备SiC纳米线的方法分析总结了无催化剂、催化剂、熔盐以及氧化物辅助等各种制备方法的优缺点并对未来的研究进行展望,期望为SiC纳米线的低成本、规模化制备和应用提供理论依据。
引言：SiC纳米线因具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等而表现出独特的电、磁、光、热等物理和化学性质。
同时SiC纳米线还具有优异的力学性能、抗腐蚀性、耐热性以及耐高温氧化性等，使其在复合材料和陶瓷材料的强化增韧中起重要作用调以及吸收性能好，可有效改善材料的场发射性能、催化性能、电化学性能及微波吸收性能等l1。
多功能性的SiC纳米线成为极具广泛应用潜力的理想新型材料。
氮化镓衬底工艺流程
氮化镓衬底工艺流程氮化镓（GaN）是近年来发展起来的新型半导体材料，广泛应用于高亮LED、蓝光激光器、高功率场效应管等领域。
其中，GaN晶体的生长过程是至关重要的一步，而衬底是晶体生长的基础，因此GaN衬底的制备工艺显得尤为重要。
本文将从衬底材料、衬底生长、精磨处理和多晶化等方面入手，介绍氮化镓衬底的工艺流程。
一、衬底材料1.1 GaN衬底种类目前，GaN衬底主要有氮化铝衬底（AlN）和氮化硅衬底（SiC）两种。
其中，AlN衬底具有高热导率、热膨胀系数与GaN晶体接近等优点，是制备GaN晶体的一种常用衬底。
而SiC衬底则因其高度匹配的晶格常数，能够有效减小晶格失配引起的缺陷，是制备3~4英寸大尺寸GaN 晶体的优选衬底。
1.2衬底制备AlN衬底的制备流程主要分为以下几个步骤：（1）基底预处理：将去离子水、硝酸和氢氧化钠等用于去除残留金属杂质，保证基底的纯度。
（2）衬底表面处理：利用化学机械抛光（CMP）等方法对基底表面进行处理，达到较好的平整度、粗糙度和表面清洁度。
（3）衬底生长：将生长气氛通过氯化物气相外延法（HVPE）或金属有机化学气相沉积法（MOCVD）等生长工艺，在基底上生长GaN晶体。
SiC衬底的制备流程类似，但具体细节会有所不同。
例如，SiC衬底生长主要采用物理气相沉积法（PVT）等工艺。
二、衬底生长2.1 HVPE生长法HVPE法是制备GaN衬底最常用的生长方式之一，主要流程如下：（1）预处理：将AlN基底经过一定的预热处理，以去除表面吸附水分和氧化物等杂质。
（2）生长室处理：将AlN基底放置于高温、强气流、高氯化镁浓度的生长室中，预热至800~900℃左右后开始生长。
（3）生长过程：利用三氯化铝、氯化镁、氨气等气体在高温、高压下进行反应，形成GaN晶体在AlN衬底上生长。
2.2 MOCVD生长法MOCVD法主要包括以下几个步骤：（1）衬底表面处理：在高温和保护性气氛下，通过物理和化学方法对AlN衬底表面进行处理，如刻蚀和原子层沉积等。
氮化镓制备方法
氮化镓制备方法氮化镓（GaN）是一种具有广泛应用前景的半导体材料，其制备方法多种多样。
本文将介绍几种常见的氮化镓制备方法，包括金属有机化学气相沉积法（MOCVD）、氨气分解法、水热法、分子束外延法和氧化物法等。
一、金属有机化学气相沉积法（MOCVD）MOCVD是一种常用的氮化镓薄膜制备方法。
其工作原理是通过将金属有机化合物（如三甲基镓和五甲基氮化铝）和氨气（NH3）等反应气体在高温下进行化学反应，使金属原子和氨气反应生成氮化镓。
该方法具有成膜速度快、均匀性好等优点，适用于大面积的氮化镓薄膜制备。
二、氨气分解法氨气分解法是一种常用的氮化镓粉末制备方法。
该方法将氨气在高温下分解生成氮和氢气，再与金属镓反应生成氮化镓粉末。
这种方法可以控制氨气分解速率和反应温度，从而控制氮化镓粉末的形貌和尺寸。
氨气分解法制备的氮化镓粉末可以用于制备氮化镓陶瓷、涂层等。
三、水热法水热法是一种简单有效的氮化镓纳米材料制备方法。
该方法通过在高温和高压的水溶液中反应，将金属镓和氨气反应生成氮化镓纳米颗粒。
水热法制备的氮化镓纳米颗粒具有尺寸小、分散性好等特点，可以用于制备纳米器件和纳米材料。
四、分子束外延法分子束外延法是一种高真空条件下制备氮化镓薄膜的方法。
该方法通过在高温下使金属镓和氮气分子反应，生成氮化镓薄膜。
分子束外延法制备的氮化镓薄膜具有较高的结晶质量和较低的缺陷密度，适用于制备高性能的氮化镓器件。
五、氧化物法氧化物法是一种利用氧化镓和氨气反应生成氮化镓的方法。
该方法将氧化镓和氨气在高温下反应，生成氮化镓。
氧化物法制备的氮化镓具有较高的纯度和较好的晶体质量，适用于制备高品质的氮化镓材料。
氮化镓的制备方法多种多样，不同方法适用于不同的应用需求。
研究人员可以根据具体需求选择合适的制备方法，以获得高质量的氮化镓材料。
随着技术的不断发展，相信氮化镓的制备方法还将不断完善和创新，为其在半导体、光电子等领域的应用提供更多可能性。
氮化物材料的制备及其性能研究
氮化物材料的制备及其性能研究氮化物材料是近年来备受研究关注的一种材料类型，其独特的电子、光学、热学、力学等性能使其在半导体、光电子、热电等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍氮化物材料的制备方法、表征技术和性能研究进展。
一、氮化物材料的制备方法氮化物材料通常是通过化学气相沉积、分子束外延、物理气相沉积、热分解等方法制备得到。
其中最为常用的是化学气相沉积和分子束外延。
化学气相沉积方法是将氨气和金属有机化合物混合在高温下进行反应，气相中产生的氮和金属元素在表面上形成氮化物膜。
化学气相沉积方法具有成本低、易于控制生长条件等优点，但由于反应中涉及到的化学物质较多，容易导致杂质的污染，对薄膜的质量影响较大。
分子束外延方法是将高纯度的材料加热，使其升华成分子束并瞄准目标基片，通过物理碰撞和热解反应等机理将分子束转化为固体材料。
分子束外延方法具有制备高质量、大尺寸晶片的优点，但需要高真空条件和精密的控制技术，成本较高。
二、氮化物材料的表征氮化物材料的表征方式主要包括X射线衍射、透射电镜、拉曼光谱等方法。
其中，X射线衍射可以用于表征材料的结晶性、晶格常数和应变等信息；透射电镜可以用于观察材料的微观结构和晶粒尺寸等信息；拉曼光谱可以用于分析材料的振动模式和晶格动力学等信息。
三、氮化物材料的性能研究进展氮化物材料具有优良的电学、光学、热学和机械性能，目前在射频功率器件、LED、激发器、太赫兹器件、高效热电材料等领域有广泛应用。
电学性能方面，氮化物材料具有较高的电子迁移率和载流子浓度，因此在高功率半导体器件中得到了广泛的应用。
此外，同时具有宽带隙和高饱和漂移速度的氮化镓材料能够实现高速的光电转换，被广泛应用于蓝绿光LED、激光和太赫兹探测器等领域。
光学性能方面，氮化物材料已经成为高效的光电转换材料。
例如，氮化铟镓材料在低电压下就能实现高光量子效率，因此在LED和固态照明产品中的应用得到了高度的关注。
热学性能方面，氮化物材料被广泛应用于高效的热电转换器件。
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２ ０ １ ５年 １ 月
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井 冈 山大 学 学报（ 自然பைடு நூலகம்科 学版）
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文章编号：１ ６ ７ ４ ・ ８ ０ ８ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ － ０ ０ ８ １ — ０ ４
基 于无催 化剂 化学气相 沉积 法 的氮 化镓纳 米线 制备和 表征
李林虎 ，张 勃， 沈龙海
１ １ ０ １ ５ ９ ）
（ 沈阳理工大学理学院，辽宁，沈阳
摘
要 ：采用化学气相沉积法 ，通 过金属镓和氨气的直接反应 ，在石英衬底上沉积 出 Ｇ ａ Ｎ纳米线 。利用 Ｘ Ｒ Ｄ和
０ 引言
，
村 修 二 和 天 野 浩 以及 日本 科 学 家 赤 崎 勇 三 位 科 学 家 。其 一 维纳米 结 构 ，在 基础 物 理科 学和制 备 纳米 光 电子器 件等 领域 具有 广泛 的应用 前景 【 ６ 】 。 近些 年来 ，由于硅 基器 件 的普遍 应用 ，在 硅衬 底上 生长 氮化 镓纳 米 线 的报 道 相对 较 多 ，但 是 生长 过程 中大 多 需要 高真 空或 者催 化剂 的参 与 ，在 石英 衬底 上 直接 生长 氮化 镓 纳米 线 的报 道相 对 较少 【 ７ 】 ， 同 时 由于 石英 衬底 具有 的特 殊 性质 ，使氮化 镓 基纳
Ｔｈ ｅ ｒ ｏ ｏ ｍ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｌ ｕ ｒ ｎ ｉ ｎ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ Ｐ Ｌ １ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ １ １ ａ ｔ ｈｅ ｔ ｅ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｔ ３ ９ ５ ｎ ｍ ｎｄ ａ ５ ６ ６ ｎ ｌ ｎ
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Ｓ Ｅ Ｍ 对制 备的 Ｇ ａ Ｎ 纳米线进行 了结构和形貌 的表征 。结果表 明合成的 Ｇ ａ Ｎ 纳米线为六方纤锌矿结构 ，直径 为 １ ０ ０ ， － － ２ ０ ０ ｎ ｎ ｌ ，长度达 几微 米，Ｇ ａ Ｎ纳米线 的生长符合 Ｖ Ｌ Ｓ生长模型 。室温 Ｐ Ｌ光谱表明 Ｇ ａ Ｎ纳米线在 ３ ９ ５ ｎ ｎ ｌ 和 ５ ６ ６ ｎ ｎ ｌ 的发光 峰主要 与 Ｇａ空位或者 Ｎ空位引起 的缺 陷能级相关 。 关键 词：石英；Ｇ ａ Ｎ纳米线 ：缺 陷能级
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ＬＩ Ｌ ｉ ｎ ． １ ｍ。 ， Ｚ ＨＡＮＧ Ｂｏ 。。 Ｓ ＨＥ Ｎ Ｌ ｏ ｎ ｇ ． ｈ ａ ｉ
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中图分类号：Ｏ４ ７ １ ． ４
文献标 识码 ：Ａ
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