论文部分内容阅读
AlN禁带宽高达6.2ev,具有高的热导率、优异的化学稳定性、高的介电击强度、良好的电子迁移率等优点,广泛应用在基板和封装器件、光电子器件中。一维AlN纳米材料由于纳米效应和高长径比的影响,具有更优异的光电学性能,然而其产率、晶体结构、形貌及性能受合成工艺的影响,限制了其的开发与应用。为此,本文除采用Al粉直接氮化法合成AlN纳米线外,还在Al粉中引入NH4Cl和AlCl3,研究了合成温度、保温时间、N2流速、Al粉粒度、添加剂种类(NH4Cl、AlCl3和NH4C1-AlCl3)及加入量对化学气相沉积法制备产物的产率、形貌、生长方向及发光性能的影响,并探索了其生长机制。主要结果如下:采用Al粉直接氮化法在1000℃下合成了直径为20-90nm的AlN纳米线,其结晶性较好,沿[101]方向择优生长。随温度降低或升高,合成产率都逐渐减小,在1000℃时产率相对较高;合成温度过低或保温时间过短,可能由于少量O2的存在及气相过饱和度过低,容易生成A1203纳米球;N2流速过低或过高,生成AlN纤维直径差别较大;Al粉粒度越小,比表面积越大,容易有Al2O3纳米球生成。纳米线表面缺陷层的存在使其具有良好的发光性能,表明其在光电子器件中有潜在应用。在Al粉直接氮化法的基础上添加NH4Cl,采用化学气相反应法制备了大量形貌均一的AlN纳米线,其直径为10-50nm,长度达几百微米,结晶性较好,沿[002]方向择优生长。加入NH4Cl时能促进中间相AlCl3、AlCl和N2/NH3之间的反应,提高氮化产率,明显促进AlN的生成;当降低氮化温度(900℃),由于A1N的饱和蒸气压过低,导致产物的形貌较杂,除纳米线外,还夹杂有AlN颗粒和片状物;升高温度(1100℃),使得饱和蒸气压过高,合成的纤维直径差别较大(5-230nm)。合成纳米线的PL发光中心分别位于398nm(3.11eV)和510nm(2.43eV)处,具有较高的发光频率和发光强度。用AlCl3辅助化学气相反应法制备了大量AlN纳米线,且纳米线的尖端附着有Fe纳米颗粒。AlN纳米线直径为20-90nm,长度达数百微米,结晶性较好,沿[101]方向择优生长,其生长过程受AlCl3辅助的化学气相传输和气液固生长机制控制。AlCl3不仅促进中间相AlCl的产生,还促进催化剂Fe纳米颗粒的形成提高了氮化率,促进了纳米线的生成。随Al粉与AlCl3比例的增加,产物有AlN颗粒和较粗的纤维生成。用NH4Cl和AlCl3共同辅助化学气相反应法合成了大量直径为20-100nm的光滑AlN纳米线,一些纳米线尖端附着有FeCl3大颗粒,且在FeCl3颗粒上长出许多细小AlN纤维,其生长机制由气液固和气固机制主导。NH4Cl和AlC13不仅促进中间相AlCl和HCl的产生,还促进催化剂FeCl3的产生以提高氮化率,促进AlN纳米线的生成。合成的AlN纳米线的PL发光强度已达到105数量级,具有较高的发光频率。