纳米半导体材料的性能差异与应用前景..doc

纳米半导体材料的性能差异与应用前景 摘要：简述了纳米半导体的制备方法，其中对化学方法制备半导体纳米材料进行重点讨论。着重介绍了纳米半导体的性能差异，并阐述了其未来的应用前景。 关键词：纳米半导体 制备方法 光学性能 The differences in performance and application prospect of nano-semiconductor materials Abstract:Preparation methods of nano-semiconductor materials are described,which focuses on nano-semiconductor materials prepared by chemical method.The differences in performance of nano-semiconductor are introduced mainly. the future applications of nanometer semiconductor is also mentioned. Key words:nanometer semiconductor preparation methods optical properties 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。目前，半导体纳米材料与器件的研究仍处于探索、开发阶段，但它们在多个领域的应用，如新型高效太阳能电池、纳米级电子器件、纳米发光器件、激光技术、波导、化学及生物传感器、化学催化剂等已呈现出诱人的前景。纳米技术的进一步发展必将使得半导体工业实现历史性突破。 纳米半导体材料是由颗粒尺寸为1-100 um的粒子凝聚而成的块体薄膜多层膜和纤维等。纳米结构材料的基本构成是纳米微粒和它们之间的分界面, 纳米微粒可以微晶、非晶及准晶组元构成, 统称为颗粒组元, 每个颗粒内一般包含104一105个原子。分界面则称为界面组元, 由于纳米颗粒的尺寸很小, 界面所占体积的百分数几乎可以与纳米微粒所占体积百分数相比拟。因此,纳米材料的界面不能简单地看成一种缺陷, 它是纳米材料的基本构成之一, 对其性能的影响起着很重要的作用。[ 1 ,2 ] 80年代中期开始对纳米半导体材料研究。硫化镉、硫硒铜、硒化镉等这些直接带隙半导体材料, 当它们被埋入玻璃中形成纳米晶粒时表现出异常的光学现象。甚至象Si 、Ge 这样的间接带隙材料, 当其成为纳米晶粒时也出现异常的光学现象, 与块体材料相比,普遍存在吸收带的“ 蓝移” 。Si 、Ge 的块体材料在室温下的带隙宽度分别为1.12 ev、0.67 ev, 但当埋入SiO2中形成平均尺寸为几纳米的晶粒时, 其带隙宽度分别可达1.8 ev、2.2 ev 左右,而且在室温下产生光致可见发光现象。按照现有的半导体理论, 只可能在直接带隙半导体中产生辐射复合跃迁, 对间接带隙半导体材料来说, 由于要同时满足能量守恒和准动量守恒定律, 必须有其它准粒子的参与才可能产生辐射复合跃迁。且这个二级近似过程产生辐射复合的几率很小, 因而现在的半导体发光器件均为直接带隙半导体材料。对Si和Ge来说,当晶粒尺寸小到几纳米时, 可能成为直接带隙半导体材料, 这对于目前研究的较成熟的Iv族材料的应用开辟了新的方向, 直接推动r基础研究的发展。 1纳米半导体结构的制备 半导体纳米材料的发展主要是是依赖材料先进生长技术和精细加工工艺（电子束、聚焦离子束和光刻技术等）的进步。因此，首先介绍MBE和MOCVD技术，进而介绍如何将上述两种技术结合起来实现纳米量子线和量子点结构材料的制备，第三，对化学方法制备半导体纳米材料进行重点讨论，最后对其它制备技术也将加以简单介绍。 1.1分子束外延(MBE)技术 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。通常认为MBE 材料生长机理与建立在热力学平衡条件下的LPE 和VPE不同, 即是说分子(原子) 束在衬底表面上发生的过程是受动力学支配的。研究表明: MBE生长过程实际上是一个具有热力学和动力学同时并存、相互关联的系统。只有在由分子束源产生的分子( 原子) 束不受碰撞地直接喷射到受热的洁净衬底表面, 并在表面上迁移、吸附或通过反射(或脱附) 过程离开表面, 而在衬底表面与气态分子之间建立一个准平衡区, 使晶体生长过程接近于热力学平衡条件, 即使每一个结合到晶格中的原子都能选择到一个自由能最低的格点位置, 才能生长出高质量的MBE材料。 MBE与其它传统生长技术(LPE,VPE 等) 相比有许多优点。如在系统中配置必要的仪器便可对外