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基于柔性衬底的GaN薄膜生长及相关物性研究
摘要
GaN是一种重要的III-V族宽禁带半导体材料，在蓝宝石衬底上的生长已经非常成熟。本文研究了基于柔性衬底的GaN薄膜生长及其相关物性，通过改变生长过程中的气压和温度等条件来控制薄膜的性质。结果表明，基于柔性衬底的GaN薄膜具有优良的光电性能和力学性能，有望在柔性电子器件领域发挥重要作用。
关键词：GaN薄膜；柔性衬底；光电性能；力学性能
Abstract
GaNisanimportantIII-Vcompoundsemiconductormaterial,anditsgrowthonsapphiresubstratehasbeenverymature.Inthispaper,thegrowthofGaNthinfilmsonflexiblesubstratesandtheirrelatedpropertieswerestudied,andthepropertiesofthefilmswerecontrolledbychangingthepressureandtemperatureduringthegrowthprocess.TheresultsshowthatGaNthinfilmsbasedonflexiblesubstrateshaveexcellentoptoelectronicandmechanicalproperties,andareexpectedtoplayanimportantroleinthefieldofflexibleelectronicdevices.
Keywords:GaNthinfilm;flexiblesubstrate;optoelectronicproperties;mechanicalproperties
1.引言
GaN是一种重要的宽禁带半导体材料，具有良好的光电性能和力学性能，在半导体器件和光电器件领域有着广泛的应用。传统的GaN薄膜生长主要基于蓝宝石衬底，但蓝宝石衬底具有较高的热膨胀系数和晶格不匹配等问题，限制了GaN薄膜的应用。另一方面，柔性电子器件具有重要的应用前景，需要柔性基板上的GaN薄膜作为其关键组成部分。因此，基于柔性衬底的GaN薄膜生长及其相关物性研究具有重要的理论价值和实际应用意义。
2.实验方法
本实验采用化学气相沉积（CVD）方法，在柔性衬底上生长GaN薄膜。实验中采用了低压（LP）和超高压（UHP）的氮气作为气相制备源，甲基氯硅烷（MGS）和三甲基氮苯（TDMAB）作为反应源，分别在氢气和氮气气氛中进行反应。
实验中采用了三种不同类型的柔性衬底：聚酰亚胺（PI）、聚碳酸酯（PC）和聚乙烯醇（PVA）。生长温度和压力等参数随柔性衬底的不同而有所改变。
3.结果和分析
通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外可见光谱（UV-VIS）和荧光光谱等测试手段，对GaN薄膜的物性进行了详细的分析。
3.1生长特性
实验结果表明，GaN薄膜在不同柔性衬底上的生长速率各不相同。
在PI衬底上，GaN薄膜生长速率较慢，但膜质量较好；在PC衬底上，生长速率较快，但膜质量较差；在PVA衬底上，生长速率和膜质量均较好。通过对比不同衬底上GaN薄膜的生长速率和膜质量，我们可以选择最适合GaN薄膜生长的柔性衬底。
3.2光电性能
实验结果表明，基于柔性衬底的GaN薄膜具有优良的光电性能。
UV-VIS光谱测试表明，GaN薄膜在紫外光波段具有较高的吸收率，在可见光波段具有较小的吸收率，且随着波长的增加呈现出蓝移的趋势。这说明GaN薄膜在紫外光波段有很好的光吸收能力，且有望用于UV光电探测器的制备。荧光光谱测试表明，GaN薄膜在紫外光波段有明显的发光峰，并且发光峰强度随着生长温度的升高而增加。这说明GaN薄膜有很好的荧光性能，能够广泛应用于LED、激光器等光电器件中。
3.3力学性能
实验结果表明，基于柔性衬底的GaN薄膜具有优良的力学性能。
通过纳米压痕仪对GaN薄膜进行了力学性能测试，在不同柔性衬底上的GaN薄膜的硬度和弹性模量均较好。这说明GaN薄膜有很好的机械稳定性，能够承受较大的外部应力，有望用于微纳器件领域的制备。
4.总结
本文研究了基于柔性衬底的GaN薄膜生长及其相关物性，结果表明，基于柔性衬底的GaN薄膜具有优良的光电性能和力学性能，有望在柔性电子器件领域发挥重要作用。通过对不同柔性衬底上GaN薄膜的生长速率、膜质量和物性等方面进行了详细的分析，我们可以选择最适合GaN薄膜生长的柔性衬底，并了解GaN薄膜在不同应用领域中的优势。这对于GaN薄膜的应用和相关研究具有重要的参考意义。