1. 研究目的与意义
gan为代表的第三代半导体材料的研究开始于上世纪六十年代，但由于高质量的gan单晶体制备以及p型掺杂无法实现。经过i.akasaki.h.amano以及shuji nakamura等人的努力制造出了第一支gan基蓝光led和ld,从此gan材料的研究又回到学术界和产业界。gan具有许多si和gaas等材料所不具有的优良特性。gan具有直接带隙宽(室温下3.39ev)、热导率高、电子饱和迁移率高，发光效率高，耐高温和抗辐射等优异特点，在短波长蓝光-紫外光发光器件、微波器件和大功率半导体器件等方面有巨大的应用前景。由于gan材料具有高电导率，高电子饱和漂移速率，高化学稳定性和大临界击穿电压等特点，gan成为研制高频，高功率，耐高温，抗辐照的半导体微电子器件和电路的理想材料，在通讯，汽车，航天，航空，石油开采及国防等方面有广泛的应用前景。
稀土在磁学，电学，光学上具有优良特性，氮化镓在物理化学上的优良特性，二者结合起来，我们向往制备出稀土掺杂氮化镓的纳米材料，将光电磁三者优点集于一身，这是我们研究的宏观目标。掺杂稀土的半导体材料中，稀土离子对应三价电子态。稀土掺杂半导体材料具有发光效率高，色度纯，受周围环境影响小等优点，在光通信，光存储，平面显示等领域具有巨大的应用前景。
eu是一种高效的荧光元素，eu离子激活的荧光体被广泛运用于照明，crt和fed平板显示器的红色材料。目前，eu离子的变温发射性能，宽带室温烧孔性能等越来越受关注。eu离子的发光性能强，发出的红色荧光单色性好，量子效率高，被广泛应用与各种领域的发光材料中。
2. 研究内容和预期目标
| 本毕业论文主要研究对象为稀土离子Eu掺杂GaN薄膜。研究Eu:GaN薄膜的制备方法、光谱性质和能量跃迁机理，以应用于全色显示领域。 具体内容如下： (1)通过文献调研了解GaN材料体系以及GaN的性能和在半导体材料中的广泛应用，Eu离子掺杂GaN材料的结构和物性特征。 (2)采用离子注入法制备不同离子注入剂量的Eu掺杂GaN薄膜，离子注入对晶体结构产生损伤，采用不同的温度对薄膜进行退火处理对其进行修复。 (3)采用光致发光、阴极射线发光、XRD等手段表征不同浓度Eu掺杂GaN薄膜的光谱性质和结构特征。 (4)对实验所得的光谱数据进行分析，通过对比，找出优化的离子注入浓度和退火温度等重要工艺参数。 (5)研究低温下Eu:GaN薄膜的阴极荧光谱，通过其荧光谱线分析Eu离子的能量跃迁机理。 （6）根据调研和研究内容写出论文。 预期目标： （1）制备出Eu掺杂GaN的薄膜。 （2）制备出不同掺杂浓度的薄膜，并进行退火处理观察其效果。 （3）测出不同浓度Eu掺杂GaN薄膜的各种光谱参数，分析出薄膜的性能。 （4）根据实验完成论文。
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3. 研究的方法与步骤
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稀土掺杂的方法主要有热扩散，离子注入和原位掺杂 一．采用离子注入法制备Eu掺杂的GaN的薄膜。 （1）采用金属有机物化学气相沉积法在蓝宝石衬体上生长制备GaN薄膜； （2）采用双能态离子注入法制备GaN：Eu半导体材料； （3）制备完成后降至室温，取出薄膜进行退火处理，观察其退火效果得到实验所需的薄膜样品； （4）用相同的方法制备不同掺杂浓度的GaN：Eu薄膜。 二．研究制备过程中薄膜的损伤，分析其形成原因，并进行处理。 （1）GaN:Eu薄膜经过退火处理后，优化由于离子注入产生的损伤； （2）运用不同退火方法对制备的薄膜进行处理观察效果； （3）分析薄膜结构及通过实验处理得到高质量的薄膜材料。 三．采用光致发光、阴极射线发光、XRD等手段表征不同浓度Eu掺杂GaN薄膜的光谱性质和结构特征。 （1）采用光致发光手段测出不同浓度Eu掺杂GaN薄膜的谱线，研究它的特性的结构； （2）采用阴极射线发光手段测量薄膜的荧光谱线，得到所需参数； （3）采用XRD表征不同浓度Eu掺杂GaN薄膜的发光特性及其性能参数。 四. 对实验所得的光谱数据进行分析，通过对比，找出优化的离子注入浓度和退火温度等重要工艺参数。 五. 低温下Eu:GaN薄膜的阴极荧光谱，通过其荧光谱线分析Eu离子的能量跃迁机理。 六. 根据调研和研究内容写出论文。
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4. 参考文献
| [1]张春光，卞留芳，陈维德. 掺铕 GaN 薄膜的 Raman 散射研究[J]. 中国稀土学报，2006, 24(3): 279-283 [2] 李栋，王芬，朱建锋，等. 微波水热法合成Eu3 掺杂GaN材料[J]. 中国陶瓷，2010, 46(10):37-39 [3] 陆稳，雷天民．纤锌矿GaN光电性质的第一性原理研究 [ J ]．电子科技，2009，22(5): 55-58 [4] 邱海林，王迎春，许光燕，等. 采用溶胶凝胶前驱物制备氮化镓纳米晶体[J]. 人工晶体学报，2006, 35(4):682-685. [5] 陈维德，陈长勇，宋淑芳，等. 掺稀土半导体光电特性和应用[J]. 中国稀土学报, 2002, 20( 6): 521-525 [6] 李忠，魏芹芹，杨利，等.氮化镓薄膜的研究进展[J] 未加工技术，2003，(4):39-44. [7] 王质武，刘文，张勇，等.稀土掺杂氮化镓的发光机理,制备方法及其电致发光器件的应用[J] .功能材料,2007,38增刊:21-24. [8] 王珊珊，王学文，赵武，等.氮化镓粉末的溶液-凝胶法制备及其结构分析[J].西北大学学报，2008,38（3）:379-382 [9] K. Wisniewski，W. Jadwisieńczak，T.Thomas，et al. High pressure luminescence studies ofeuropium doped GaN [J] . JOURNAL OF RARE EARTHS, 2009, 27(4):667-670. [10]WANG XiaoDan，ZENG XiongHui，XU Ke，et al．Luminescence mechanism and energylevel structure of Eu-doped GaN powders investigated by cathodoluminescencespectroscopy [ J ]．SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57(4): 628–631 [11] Ngo Ngoc Ha, Atsushi Nishikawa, Yasufumi Fujiwara, et al.Investigation of optical gain in Eu-doped GaN thin film grown by OMVPE method[J]. Journal of Science: Advanced Materials and Devices, 2016, 1:220-223 [12] LIU Hua-Ming,ZHANG Zhi-Bin,CHEN Chang-Chun,et.al.Surfancedecomposition and annealing behavior of GaN implanted with Eu[J].NUCLEARSCIENCE AND TECHNIQUES,2002,13(3):167-171 |
5. 计划与进度安排
| 1．2022.11. 27～2022.3.4 学生与指导老师见面，根据指导老师的建议查阅文献资料； 2．2022.3.5～2022.3.18 开学后，向指导老师汇报情况，并根据任务书写出开题报告； 3.2022.3.19～2022.5.15学生根据调研资料和指导老师要求进行实验，并进行数据分析，及时与教师交流实验进展，及时解决出现的问题； 4．2022.5.16～2022.5.22整理材料，书写毕业论文，并与教师沟通，论文初步定稿； 5．2022.5.23～2022.6.5 指导老师评阅学生论文，学生根据意见修改并最终定稿； 6．2022.6.6～2022.6.12论文送审，学生准备论文答辩材料； 7．2022.6.13～2022.6.18 进行论文答辩。 |
