氮化硼异质结的光电探测器(2)

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3.2.2显微镜下的氮化硼烯表征..19

3.2.3AFM显微微镜下的厚度分析..19

3.2.4扫描电镜下的氮化硼烯表征.20

3.2.5氮化硼烯的光吸收测试21

3.3氮化硼基光探测器表征.22

3.3.1光学显微镜下的氮化硼基光探测器表征22

3.3.2氮化硼基光探测器的电学性能测试23

结论27

致谢28

参考文献.29
1 研究背景早在一百多年前，人类就制备出了氮化硼[1]，通常制备出来的氮化硼是六方氮化硼[2]，结构与石墨烯十分类似，因为其颜色为白色，也称“白石墨”[3]，而且氮六方氮化硼是六边形结构的单原子晶体，物理性质与石墨烯相似。2004 年，二维石墨烯首次被人类分离出来之后[4]，性能优良的石墨烯就被人们广泛尝试和应用。当然让石墨烯与氮化硼进行结合从而产生新的物理器件[5]，从而得到具有新的物理性能的材料是一个很不错的尝试。科学家在 2007年通过理论计算预言可以通过氮化硼打开石墨烯的带隙[6]，这一预言很有可能打开石墨烯新的应用领域。氮化硼具有 5.97eV的带隙宽度，如果在其两面沉积石墨烯，理论上将制备出新的电子器件。我们的工作就是制备出后者，并测试其表征。
1.1 氮化硼的结构、性质及制备方法氮化硼具有很高的熔点，绝缘好，抗热震性能好，等，c-BN 与金刚石、碳化硅等作为第三代半导体，h-BN 与石墨烯结构类似。氮化硼因为这些优点而广泛应用于半导体、耐高温材料、合金制造、核子反应器、高温润滑剂等[7]。
1.1.1 氮化硼的结构氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体，分子量 24.81，理论密度2.27g/cm3[8]，化学组成为 43.6%的硼和56.4%的氮。氮化硼烯具有四种不同的变体：六方氮化硼（h-BN）、菱方氮化硼（r-BN）、立方氮化硼（c-BN）和纤锌矿氮化硼（w-BN）[9]。我们使用的六方氮化硼（h-BN）也叫白石墨烯，是最常见的氮化硼（如图1.1.1.1所示）。六方氮化硼与石墨烯结构相似（如图 1.1.1.2 所示），它与石墨稀的晶格失配度仅有1.7%，具有原子级平坦的表面[10]。前面已经提到六方氮化硼具有与石墨烯类似的结构，和石墨烯一样，与石墨烯不一样的是六方氮化硼有 5.97eV的带隙宽度。二维氮化硼是单层原子结构，氮元素与硼元素交替组成六边形结构,氮和硼以共价键结合，结合能很高。B-N 键长为0.145 nm，六方氮化硼晶体晶格常数为 0.25 nm。六方氮化硼相邻层之间以范德华力相结合，相邻层间距为0.333 nm，但范德华力作用很弱。六方氮化硼因为具有以上这些特点，所以其具有许多特殊性能。h-BN具有很强的稳定性和抗腐蚀性、高耐热性、高导热性、优良的介电性能、良好的高温稳定性以及能够吸收中子等性能，使其具有很大的应用潜力以及应用价值。例如 h-BN 可以像石墨一样作为高温润滑剂，作为第三代半导体的氮化硼可以制备深紫外光二极管，可以在极高的温度下正常工作，氮化硼由于能够吸收中子，所以可以作为核反应堆的结构材料，也可以作为高温状态的特殊电解、电阻材料等。因此氮化硼的应用前景是十分广阔的。
1.1.3 氮化硼的制备方法自从氮化硼问世以来，人们对氮化硼进行了大量的研究工作，因此产生了各种不同的制备方法，有纤维制备法、粉制备法以及薄膜制备法几种方法[11]-[12]。我们工作主要是研究氮化硼的薄膜制备法。氮化硼的薄膜制备又有很多种制备方法，我要介绍的方法有物理气相沉积（PVD）法、剥离法、化学气相沉积（CVD）法。1.1.3.1 物理气相沉积法（PVD）物理气相沉积法是一种常用的薄膜制备技术，在20 世纪初就已经有所应用，并发展为很有潜力的一门技术，特别是在表面处理方面应用有广泛的应用。物理化学气相沉积的基本原理是在真空的条件下，利用物理的方式将母材气化成原子、分子或电离成离子，然后通过低气压过程在基体表面镀上一层有特别功能的薄膜材料[13]。物理气相沉积的方法有真空蒸镀、溅射镀膜等。 W. Pfleging 等用脉冲激光 PVD法，在 N2气氛条件下以热压烧结的 h-BN为靶材，生长出了 h-BN薄膜。PVD 法制备h-BN 薄膜的优点是薄膜纯度很高、并且结构均匀而单一，然而美中不足的是 PVD所使用的设备成本高、结构复杂、并且薄膜的生长速率很低,这样并不适合大批生产，只不过适合在实验室制备一些高质量的样品进行科学研究。