PDF《低温条件下单晶氮化铝纳米线生长机理的研究 ！》

低温条件下单晶氮化铝纳米线生长机理的研究! 吕惠民!) ") 陈光德!) 颜国君!) 耶红刚!) !) (西安交通大学应用物理系, 西安 #!$$%&) ") (西安理工大学应用物理系, 西安 #!$$%') ("$$( 年'月'日收到;

"$$( 年&月!& 日收到修改稿) 在") *+ 的不锈钢反应釜中, 利用无水三氯化铝与叠氮化钠在无溶剂的条件下直接反应, 成功地合成出了单晶 氮化铝纳米线, 反应温度为 %)$,,

有效反应时间为 "% -.

高分辨率透射电子显微镜测试结果显示, 纳米线多为长直 线状外貌特征, 直径在 范围内, 最大长度可达几个微米.高分辨率电子衍射和

0 射线衍射结果都表明, 多 数纳米线为六方结构, 也有少量呈现面心立方结构.同时, 提出了长直线状六方和面心立方单晶氮化铝纳米线的生 长机理的假设, 并对六方单晶氮化铝纳米线生长方向的人工控制也进行了讨论. 关键词:六方单晶氮化铝,纳米线,0 射线衍射,透射电子显微镜 1,2 !国家自然科学基金 (批准号: 和陕西省教育厅科学基金资助的课题. !3 引言456 作为!族氮化物之一, 属于直接带隙结构, 带隙宽 (!7

8 (3% 9:) [!, "] ,近似于绝缘体;

高的电阻 率(;

!$!! ") , 低的介电常数 ('3() 等性能使得

456 非常适合于做电子基底材料和集成电路的封装材 料[ ! ) [%] , 是45" @< 的导 热系数的 < 倍, 是目前已知的陶瓷材料中最高的;

低 的热膨胀系数 (%3< A !$> ( ? > ! ) [%] , 能够很好地解决 基底与半导体材料的热匹配问题;

456 与BC6, D/6 组成的三元系, 其禁带宽度从 $3# 9: 到(3" 9: 之间 可调, 使其适用于做从红外到紫外光的发光器件和 探测器件, 也可以用于压力传感器、 热辐射探测器、 场效应管 [), (] 和化学反应的催化剂等 [#] .而其优良的 光学和声学性能, 可使其用于表面声波器件中, 因此 对其光学性质的研究也成为近年来研究的一个 热点.

456 的制备方法, 目前最普遍使用的是离子束 蒸发 [#] 和直流电弧等离子体法等. 这些方法均是在 极端的条件下迫使铝分离出来与氨气或氮气发生反 应['] .另外一种合成方法是在高温 和6" 或6E< 气氛下, 使碳氢化合物分解出的

2 和45" @< 发生置换反应, 经过几个小时的时间生成

456 [&] . 在 高压 ( ;

!$) FGC) , 高温 条件下, 利用

45 粉末与原子态

6 或6C6< 反应也能合成出

456 [!$] .但 以上方法实验设备昂贵, 实验条件要求十分苛刻 (压力;

!$) FGC, 温度 ;

!($$,) , 在一般的实验室是难 以实现的. 本文在 ") *+ 的不锈钢反应釜中, 利用无水三 氯化铝与叠氮化钠在无溶剂和催化剂的条件下直接 反应, 在%)$,的低温条件下成功地合成出了六方 单晶氮化铝 (-H456) 纳米线, 同时发现有四棱柱状长 直面心立方单晶氮化铝纳米线, 并且较好的实现了 纳米线生长方向的人为控制. "3 实验实验在自制 ") *+ 小型不锈钢反应釜中进行. 具体实验步骤如下: !) 利用丙酮或酒精清洗反应釜, 去除反应釜表面的有机物, 再用去离子水反复冲洗 后, 将反应釜放入干燥箱中, 在高纯 6" 气氛下干燥 "$ *I/, 充分除去反应釜 (尤其是反应室) 表面的残 第)( 卷第)期"$$# 年)月!$$$H@?) [/!] 等几种机理假设8 我们 认为可能是 >? 生长机理, 这是因为当反应室温度 达到 .7.! 的分解温度 (!!19) 时, 游离态的中性 . 原子和 .7 已经产生, 反应就开始了8 当反应室温度 达到设定温度 '419时, 在一定的时间内方程 (/) 的 反应应该结束, 生成的 ,-. 和.76- 极可能以分子或 分子团的形式弥漫在由 .0 和.形成的高压气氛 中, 形成过饱和气体8 在这种过饱和气体中, 由于 ,-6-! 和.7.! 的分解, 大量带电粒子的存在为 .7.! 晶体的形成提供了足够多的凝结核, 为,-. 晶核的 形成创造了必备的条件8 以!, ", # 分别表示固相、 气相和固体表面相;