摘要: 近年来，低维(例如一维和二维)第三代半导体材料具有新颖的物理、化学特性，其在纳米光电器件等诸多领域展现出了广阔的应用前景。AlN作为第三代半导体材料的重要组成部分，具有宽的禁带宽度、高的表面声波速度以及高的热导率，是紫外及深紫外光电器件... 展开 近年来，低维(例如一维和二维)第三代半导体材料具有新颖的物理、化学特性，其在纳米光电器件等诸多领域展现出了广阔的应用前景。AlN作为第三代半导体材料的重要组成部分，具有宽的禁带宽度、高的表面声波速度以及高的热导率，是紫外及深紫外光电器件的首选材料。然而，目前低维AlN纳米材料的尺寸和结构形态无法精确控制、有效单位产量低等难题一直制约着AlN基紫外探测器的发展。本论文针对上述问题，采用等离子体辅助化学气相沉积技术(Plasma enhanced chemical vapor deposition， PECVD)，对低维AlN纳米材料的可控生长及质量优化展开了一系列工作，并成功制备了低维AlN基紫外探测器。主要的研究内容和结论如下： (1)通过结构设计与工艺调控，实现了三维AlN薄膜、二维AlN纳米片及一维AlN纳米棒的相互转化及可控生长。催化剂对低维AlN材料的形貌有着决定性的作用。NH3流量、生长温度及射频功率均会显著影响低维AlN纳米材料的形貌及质量。为了获得高质量的低维AlN纳米材料，NH3流量需要足够高，以充分抑制AlN的横向生长；生长温度及射频功率均会对化学反应的活化能产生较大的影响，需相互匹配。 (2)发现了一种新型结构的AlN纳米片，详细研究了该AlN纳米片周期性循环生长机理，为制备高质量的低维AlN纳米材料提供了一种新的思路。该AlN纳米片宽度可达8μm，由排列一致、密度均匀的高质量单晶AlN纳米棒层状堆叠而成，AlN纳米片的比表面积明显增加，并间接实现了大面积、排列及取向高度一致的单晶AlN纳米棒的可控生长，为大面积、高质量的低维纳米材料的制备提供了一种新的思路。并详细研究了该AlN纳米片随生长时间周期性出现的特点，揭示了AlN纳米片的循环生长机理。 (3)设计并制备了金属-半导体-金属(MSM)型AlN纳米片紫外探测器，研究了不同形貌的AlN纳米片对探测器暗电流的影响。在1V和5V的偏压下，AlN纳米片探测器的暗电流均为nA量级，最小的可达5.27nA@5V、0.21nA@1V。与同等条件下的AlN薄膜探测器(暗电流为μA量级)相比，AlN纳米片探测器的暗电流大小下降了几个数量级，说明在紫外探测领域，低维纳米材料相较于薄膜或其他体材料而言有着巨大优势。 综上，本论文实现了不同维度AlN材料的相互转化及可控生长，并通过间接的方法获得了大面积、高质量且易于提取的AlN纳米棒，设计并制备了AlN纳米片紫外探测器，为高质量的低维AlN材料的制备及其紫外探测器性能的提升提供了一种新思路。 收起