多组元半导体收音机微米材质的生长设计与光电

日期:2019-07-13编辑作者:优德88手机版

优德88手机版 1

近日,中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室研究员赵建华团队及合作者在《纳米快报》(Nano Letters)上发表了制备出近全组分可调的高质量GaAs1-xSbx纳米线的成果。

文章链接:

以上研究成果得到了国家自然科学基金、金属所“优秀学者”项目、金属所创新基金重点项目和中科院青年创新促进会项目的资助。

赵建华团队的博士生李利霞和助理研究员潘东等利用分子束外延技术通过调控Sb、As源炉束流以及生长室As蒸汽压的大小,在国际上率先在Si衬底及GaAs纳米线上制备优德88手机版 2出了近全组分可调的GaAs1-xSbx纳米线。透射电镜结果表明GaAs1-xSbx纳米线具有纯闪锌矿单晶结构。他们与半导体所研究员孙宝权、谭平恒、湖南大学教授潘安练的课题组合作,研究了GaAs1-xSbx纳米线的光学性质,证实了其光致发光波长在77 K时可从844 nm 调控到1760 nm (GaAs0.07Sb0.93),禁带宽度调谐范围达到0.76 eV,并观察到室温拉曼光谱中光学声子随Sb组分增加出现的红移现象。利用GaAs1-xSbx纳米线制作的场效应器件在低Sb组分时具有明显的整流效应,随着Sb组分的升高,整流效应消失。近全组分可调高质量GaAs1-xSbx纳米线的成功制备,有望加速GaAs1-xSbx三元合金纳米线能带工程在下一代近红外发光二极管、激光器及光纤通讯等方面的应用。

近日,我校化科院兰亚乾教授课题组和包建春教授课题组合作在硫化物半导体异质结光催化分解水产氢研究中取得重要进展。该成果以“Self-assembly of a mesoporous ZnS/mediating interface/CdS heterostructure with enhanced visible-light hydrogen-production activity and excellent stability”为题发表在英国皇家化学会旗舰期刊Chemical Science(《化学科学》2015, 6, 5263–5268)上。Chemical Science是英国皇家化学会的一个综合性的化学期刊,2014年影响因子为9.211。

优德88手机版 3

图:近全组份可调高质量GaAs1-xSbx纳米线扫描电镜和透射电镜图及光致发光谱

界面调控对硫化物半导体异质结光催化产氢性能影响

基于结构及晶格匹配原理、充分考虑化学性能相近性及控制化学气相沉积反应过程,中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家实验室功能薄膜与界面研究部研究员姜辛和刘宝丹,通过巧妙的实验设计,先后实现了GaP-ZnS和GaP-ZnSe不同二元半导体材料之间的相互固溶,并且发现当少量ZnS进入GaP晶格形成伪二元固溶体纳米线之后,会引起电阻的急剧增加,诱导GaP纳米线由半导体向绝缘体转变;而ZnSe进入GaP晶格之后会引起GaP带隙收缩,当ZnSe含量在x= 0.182-0.209区间变化时,GaP-ZnSe伪二元固溶体的禁带宽度在1.95eV—2.2 eV内连续可调,发光波长在550nm—650nm内连续变化。此外,通过进一步控制ZnS在GaP母相晶格中出现超饱和现象,又成功制备出GaP-ZnS核壳异质结纳米材料。这些成分与带隙可调、光电性能可控的多组元固溶体和异质结纳米材料是制备高性能光电纳米器件的理想材料。相关成果发表在Nano Letters (2013, 13, 85−90),Adv. Funct. Mater (2015, 25, 2543–2551)和ACS Appl. Mater. Interfaces (2013, 5, 9199−9204)上。

作为重要的三元合金半导体,GaAs1-xSbx具有禁带宽度从1.42 eV 到0.72 eV 大范围调谐的特点,对应波长调谐范围为870~1720 nm,是一种极具潜力的能带工程材料,在光纤通信系统、红外发光二极管、光探测器、激光器及异质结双极晶体管等方面具有重要的应用前景。然而,由于高Sb组分的GaAs1-xSbx与III-V族半导体衬底之间存在较大的晶格失配,制备高质量的高Sb组分GaAs1-xSbx薄膜仍存在很大的挑战。但是将GaAs1-xSbx制备成纳米线有望提高GaAs1-xSbx材料的质量,目前,人们已经利用金属有机气相沉积及分子束外延等技术在Si衬底上制备出GaAs1-xSbx纳米线,但几乎所有这些纳米线中Sb组分均低于0.5。大组分可调谐的高质量GaAs1-xSbx纳米线的可控制备是困扰人们的难题。

半导体异质结可以有效促进光激发电子-空穴的分离和利用效率,然而半导体异质结中诸如晶格失配、能带匹配较差等问题不利于光生载流子的有效传输和分离。研究者们在半导体异质结间插入导电性较好的贵金属来解决上述问题,但该方法工艺复杂、成本较高、不能有效缓解半导体异质结结构和能带匹配较差等问题。因此,设计低成本、简单的方法改善半导体异质结界面处的晶格常数、能带匹配,优化半导体异质结能带匹配,促进光生载流子有效分离和高效利用是当前光催化制备清洁能源领域中亟待解决的重要研究课题。

最近,他们同材料特种制备与加工研究部研究员张劲松、姜春海合作,以SiC纳米线做模板,充分利用立方3C-SiC纳米线层错区域表面能高的特点来诱导六方GaN在3C-SiC缺陷区域的优先形核,成功地制备出立方碳化硅和六方氮化镓的异质结纳米结构(3C-SiC/WZ-GaN)。进一步控制不同阶段生长过程,可以在SiC纳米线表面获得周期性分布的GaN六棱锥及3C-SiC/WZ-GaN核壳等形貌多变的异质结纳米结构。这些具有独特结构和功能的半导体异质结纳米材料将为构建新型光电纳米器件如场效应管、光电探测器提供理想的模型材料。相关结果全文正式在线发表在美国化学会期刊《纳米快报》(Nano Letters 2015, 15, 7837−7846. DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b02454)上。

优德88手机版 4

该课题组选择具有“类二型”异质结特性和较好光催化性能的ZnS/CdS为研究对象,巧妙的引入晶格常数在0.331 (<100>取向ZnS)和0.359纳米(<100>取向CdS)之间连续可调,且禁带宽度可从3.66 到2.4 eV 之间连续变化的Zn1-xCdxS固溶体作为缓冲层插入ZnS/CdS异质结中来优化半导体异质结能带、晶格常数匹配,从而促进光生电子-空穴对的有效分离及高效利用。该工作为设计合成新型高效光催化产氢催化剂提供了新的思路。

优德88手机版 5

文章链接

该研究的共同第一作者为我校化科院博士后李魁和硕士生陈榕。

半导体纳米材料兼具半导体材料和纳米材料的诸多优良光电性能,广泛地应用在微小尺寸晶体管、二极管、高灵敏度光电探测器、高性能太阳能电池、气体传感和清洁能源制备等领域,是近年来纳米材料领域研究的热点之一。但由于本征半导体材料光学和电学性能单一,带隙固定,其应用受到限制。将成分不同、光电性能差异明显的半导体纳米材料进行异质生长和相互固溶,形成尺寸、形貌及成分可调的多组元异质结和固溶体纳米材料,就可以有效地调控半导体的禁带宽度、发光波长、电输运等性能,为半导体纳米材料的光电性能调控提供新的思路。

该项工作得到了科技部、国家自然科学基金委及中科院的经费支持。

优德88手机版 6

图1. x1-x纳米线: STEM照片及各元素成分空间分布图;纳米线径向及轴向线扫描结果

优德88手机版 7

图2. 不同名义成分1-xx纳米线光学照片; 1-xx纳米线发光波长、带隙宽度与成分间的关系

图3. WZ-GaN/3C-SiC异质结纳米线生长模型图

本文由优德88官方网站手机版发布于优德88手机版,转载请注明出处:多组元半导体收音机微米材质的生长设计与光电

关键词:

哈利法克斯研究院研究开发出最新慢性白血病抑

急性髓性白血病(Acute myeloidleukemia,AML)是白血病中最常见的一种恶性克隆性疾病,目前临床上没有特异性的针对此...

详细>>

化学所在海蓝溶剂中成员集中与功效调整研讨方

有序组装体的结构与功能调控是具有重要理论和实际意义的研究课题。传统组装一般在水或有机溶剂中进行,超临界...

详细>>

纳米能源所研发出基于摩擦电子学晶体管阵列的

前些天,大规模触觉传感系统基于电阻、电容、压电等各样物理传感机制,广泛地采取于柔性电子零件、人机交互和...

详细>>

水生所在纤毛囊泡的产生与功力商讨中收获进展

讨论人口还树立了高效敏感的监督纤毛囊泡释放的方法,并表明纤毛囊泡的分泌参加调节纤毛解聚进度。敲降ESCRT相关...

详细>>