CVD生长InSb纳米线及其光电性研究毕业论文
2021-12-27 08:12
论文总字数：17223字
摘 要
InSb是III-V族半导体中代表性的优异光电材料，为直接带隙半导体材料，拥有较小的禁带宽度和电子有效质量，较高的电子迁移率，其优异的光电性能得到研究人员的日益关注，非常适合在红外光电探测、高速电子领域的应用。
在实际领域应用中，纳米尺度的应用是现在光电电子器件的热门，在本文我们重点介绍了InSb纳米线的化学气相沉积（CVD）制备方法的进展与相关机制，讨论了在CVD制备纳米线过程中的优势和目前存在的问题。
随后我们从实际的应用领域出发，在红外探测器件、热光伏发电系统以及霍尔器件等InSb的应用中剖析InSb材料不同性质的应用以及应用形式。更真实地说明InSb材料的优越性能，在如今军事、工业等领域的卓越发展以及它十足的潜力可开发性。
关键词：InSb 化学气相沉积 光电性质 光电器件
CVD growth of InSb nanowires and its photoelectric properties
Abstract
InSb is a representative excellent photoelectric material in the III-V family of semiconductors. It is a direct band gap semiconductor material. It has a very small band gap width and a very high electron mobility of effective quality. Its excellent photoelectric performance has attracted great attention of researchers and is very suitable for application in the field of infrared light and high-speed electronics.
In practical application, nano scale application is the hot spot of optoelectronic devices. In this paper, we mainly introduce the mechanism and development of chemical vapor deposition (CVD) method of InSb nanowires, and discuss the advantages and problems in CVD process.
Later, we start from the practical application fields, and analyze the application and application forms of different properties of InSb materials in the application of infrared detection devices, thermophotovoltaic power generation system and Hall devices. More truly, it shows the superior performance of InSb material, its excellent development in military, industrial and other fields, and its full potential and exploitability.
Keywords：InSb；CVD；photoelectric properties；photoelectric device
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 课题背景 1
1.1 引言 1
1.2 纳米材料概述 2
1.2.1 纳米材料简介 2
1.2.2 纳米材料的性能 3
1.3 InSb的基本性质 3
1.3.1 InSb材料的晶体结构 3
1.3.2 InSb的光学性质 4
1.3.3 InSb的电学性能 5
1.4 InSb纳米线的制备方法 7
1.4.1 模板辅助合成法 7
1.4.2 液相法 7
1.4.3 气相法 8
1.5 本文主要研究路线 8
第二章 InSb纳米线的气相CVD合成路线设计及控制制备 9
2.1 引言 9
2.2 制备部分 9
2.2.1 单区域CVD制备InSb纳米线及表征 10
2.2.2 双区域CVD制备InSb纳米线及表征 11
2.2.3 三区域CVD制备InSb纳米线及分析表征 12
2.3 CVD制备的结果讨论 13
第三章 InSb光电性质的应用 14
3.1 红外探测器 14
3.1.1 应用工作原理 14
3.1.2 应用工作形式 14
3.2 气体传感器 15
3.2.1 应用工作原理 15
3.2.2 应用工作性能 17
3.3 热光伏器件 17
3.3.1 应用工作原理 18
3.3.2 应用工作形式 18
第四章 InSb其它性质的应用以及总结展望 19
4.1 InSb其它性质的应用 19
4.1.1 磁阻效应 19
4.1.2 热电性能 19
4.1.3 霍尔效应 19
4.2 论文总结 20
4.3 展望 21
参考文献 22
致谢 24
第一章 课题背景
1.1 引言
III-V族半导体当今在光电领域、电子器件领域都是研究的焦点，因为其材料的优越性，有着极为广泛的应用。
下列表1-1[1]给出了诸多III-V族半导体材料的主要性能。从表内资料我们能够看出，锑化物半导体材料拥有非常优秀的物理特性。以InSb为代表的锑化物半导体材料具有较小的带隙、载流子有效质量最小、最大的电子饱和漂移速度v和迁移率μe等等性能特征。
表1-1 半导体材料在室温下重要物理性能的对比[1]
下列图1-1[1]则给出了半导体材料的晶格常数禁带宽度和对应光谱波长的关系。其中还标出了HEMT和HBT集成电路技术发展趋势。图1-2[1]表明锑化物半导体材料禁带宽度和能带偏移量相对位置的关系。
图1-1 晶格常数与禁带宽度和对应光谱波长的关系[1]
图1-2 禁带宽度与能带偏移量相对位置的关系[1]
在III-V族半导体材料中，InSb优异性质显著，最高室温电子迁移率μe=77000 cm2/（V·s），最大电子g因子|g*|=51，电子有效质量最小m*e=0.015 me。这些物理性能充分的说明了在制作红外光电器件、超高频电子器件等领域InSb的优异性能。
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