纳米半导体.

纳米半导体材料黄斌10312111杨高10112117曾文贤10112115简介00纳米半导体结构的制备1纳米半导体材料的性能2纳米半导体的应用前景30纳米半导体材料简介•当半导体材料的尺度缩小到纳米范围时，其物理、化学性质将发生显著变化，并呈现出由高表面积或量子效应引起的独特性能•什么是纳米半导体材料•纳米半导体材料是由颗粒尺寸为1-100um的粒子凝聚而成的块体薄膜多层膜和纤维等•纳米半导体材料的基本构成•纳米微粒和它们之间的分界面纳米半导体结构的制备1.1分子束外延(MBE)技术1.2金属有机物化学汽相淀积(MOCVD)技术1.3半导体微结构材料生长和精细加工相结合的制备技术1.4化学方法制备半导体纳米材料11.1分子束外延(MBE)技术•什么是MBE？•MBE技术实际上是超高真空条件下,对分子或原子束源和衬底温度加以精密控制的薄膜蒸发技术•MBE与其它传统生长技术(LPE-液相外延,VPE-气相外延等)的诸多优点•在系统中配置必要的仪器便可对外延生长的表面、生长机理、外延层结晶学质量以及电学性质进行原位检测和评估•它的生长速率慢和喷射源束流的精确控制有利于获得超薄层和单原子层界面突变的异质结构•通过对合金组分和杂质浓度的控制,实现对其能带结构和光电性质的“人工剪裁”,从而制备出各种复杂势能轮廓和杂质分布的超薄层微结构材料分子束外延及超高真空沉积系统1.2金属有机物化学汽相淀积(MOCVD)技术•什么是MOCVD？•MOCVD是用氢气将金属有机化合物蒸气和气态非金属氢化物经过开关网络送入反应室加热的衬底上,通过热分解反应而最终在其上生长出外延层的技术•MOCVD技术的优点•适合生长各种单质和化合物薄膜材料,特别是蒸气压高的磷化物,高Tc(锝)超导氧化物及金属薄膜等•便于精确控制及换源无需将系统暴露大气•利于大面积、多片的工业规模生产，如AIX2600G3•MOCVD技术的弱点•Mo源（高纯金属有机化合物）和氢化物毒性大、化学污染需倍加防范•较高的生长温度使材料纯度和界面质量与MBE相比要差法国AnnealsysMOCVD设备型号MC2001.3半导体微结构材料生长和精细加工相结合的制备技术•方法•利用MBE或MOCVD等技术首先生长半导体微结构材料如:AIGaAs/GaAs材料等,进而结合高空间分辨电子束曝光直写,湿法或干法刻蚀注入隔离制备纳米量子线和量子点•优点•图形的几何形状和密度(在分辨率范围内)可控•缺点•图形实际分辨率不高•横向尺寸远比纵向尺寸大•边墙(辐射,刻蚀)损伤•......1.4化学方法制备半导体纳米材料•1.溶胶-凝胶法•2.微乳液法•3.反相胶束法•4.模板法•5.LB膜法1.溶胶-凝胶法2.微乳液法微乳液是由油、水、乳化剂和助化剂组成各相同性,热力学稳定的透明或半透明胶体分散体系,其分散相尺寸为纳米级制备纳米粒子的微乳液往往是W/O(油包水)型体系。3.反相胶束法反相胶束微反应器反相胶束是依靠表面活性剂使水在油滴中稳定存在,液滴的直径由水的体积控制和微细离子束反相胶束法制备纳米粒子具有粒径小且可控,粒径分布窄且呈单分散状态等优点;但是,也存在着粒子难与溶液分离,且分离后易聚结的缺点。4.模板法模板是指含有高密度的纳米柱形孔洞,厚度为几十至几百微米厚的膜用模板法合成纳米材料给人们更多的自由度来控制体系的性质5.LB膜法LB膜是两亲分子在空气-水界面通过水平加压使分子紧密有序排列形成的单分子膜LB膜技术是利用氯苯膜制备纳米微粒和超薄膜a.利用含金属离子的LB膜,通过和气体等进行化学反应获得半导体膜b.利用LB膜技术可以实现纳米微粒的有序组装,并能获得厚度精确控制的单粒子膜LB膜法所需设备简单,条件易控,制备的纳米材料既具有纳米微粒特有的量子尺寸效应,又具有LB膜的分子层次有序,膜厚可控,易于组装,光电性质可调等优点,在微电子学、光电子学、非线性光学和传感器等领域有着十分广阔的应用前景。纳米半导体材料的性能2.1光学性质2.2光电催化特性2.3光电转换特性2.4纳米半导体粒子电学特性22.1光学性质•1.宽频带强吸收•纳米氧化硅、碳化硅和三氧化二铝粉对红外有一个宽频带强吸收谱•2.蓝移现象•纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象,即吸收带移向短波方向2.2光电催化特性•1.纳米半导体粒子优异的光电催化活性•2.纳米半导体粒子奇特的选择性•3.纳米半导体粒子的吸收特性•4.光照作用下纳米半导体粒子2.3光电转换特性•纳米半导体粒子构成的多孔大比表面PEC电池具有优异的光电转换特性•ZnO、CdSe、CdS、WO3、Fe2O3、SnO2、Nb2O5和Ta2O5等纳米晶光伏电池均具有优异的光电转换性能•昂贵的染料敏化仍然是必须的,由染料敏化的纳米晶光伏电池的光谱响应、光稳定性等有待进一步研究2.4纳米半导体粒子电学特性•1.纳米半导体材料的介电常数随测量频率的减小呈明显上升趋势,而相应的常规半导体材料的介电常数较低,在低频范围内上升趋势远远低于纳米半导体材料•2.在低频范围,纳米半导体材料的介电常数呈现尺寸效应•3.介电常数温度谱及介电常数损耗谱特征•4.压电特性纳米半导体的应用前景3.1纳米半导体的前景3.2纳米半导体存在的问题33.3纳米半导体的现状3.1纳米半导体的前景•商业化的光伏电池难以大规模推广应用，而纳米晶光伏电池优异的光电转换特性，制备较为简单•纳米半导体粒子的高比表面、高活性、特殊的物性等使之成为应用于传感器方面最有前途的材料3.1纳米半导体存在的问题•纳米半导体微粒是在纳米尺度上原子和分子的集合体,这个过去从来没有被人们注意的非宏观、非微观的中间层次出现许多新问题•对纳米尺度上电子行为的描述必须引入新的理论,这也将促进介观物理、量子物理和混沌物理的发展3.3纳米半导体的现状•1.在纳米半导体制备方面,追求获得量大、尺寸可控、表面清洁,制备方法趋于多样化,种类和品种繁多•2.在性质和微结构研究上着重探索普适规律•3.研究纳米尺寸复合,发展新型纳米半导体复合材料是该领域的热点•4.纳米半导体材料的光催化及光电转换研究表现出诱人的前景谢谢观看