半导体材料探析论文提纲

2022-11-15

论文题目：硫化铋纳米半导体材料的合成及其光电性质研究

摘要：随着越来越精密制造工艺的普及以及超大规模集成电路系统的研发,半导体行业进入发展的快车道,芯片单位面积上的集成元件数量和各项性能都得到逐步的提升,相关成本也大幅减少。然而,当传统以硅基为衬底的集成电路元器件尺寸减少到一定数量级时,将出现短沟道效应等一系列挑战,如漏电损耗问题等,极大的阻碍了集成电路的发展。一方面可以通过改造优化集成电路元器件结构来克服短沟道效应等问题。由于半导体材料的制作集成电路基础器件的重要原料,半导体材料的结构与特性决定着微电子器件及集成电路的各项性能,所以更重要的一方面是发掘出优越的新型半导体材料应用于集成电路元器件上,以解决传统材料无法克服的问题。硫化铋是一种具有独特的层状结构、高度各向异性,在光电探测器、光催化、发光二极管等应用中显现出高价值。基于上述内容,随着半导体行业的持续深化发展,产业链不断融合升级,可以预见硫化铋纳米半导体材料将在未来半导体制造领域展现出强有力的竞争力。为进一步探究纳米半导体硫化铋材料的各项具体性能与特点,了解纳米半导体硫化铋材料的相关应用领域,本论文在理论阶段就研究背景、纳米半导体材料、硫化铋纳米半导体材料并进行了详细的论述说明,多角度多方位多层次的分析了硫化铋作为半导体材料的基本特性,同时介绍了热注射技术;在实验阶段系统地、多条件地合成出硫化铋纳米棒结构,对多种条件下合成出来的硫化铋纳米棒材料进行系统地表征测试,并就测试结果进行具体的阐述分析,摸索出硫化铋纳米半导体棒状结构的最佳生长条件,这为探索硫化铋纳米半导体棒状结构的光电性质奠定了良好的实验基础,探讨了硫化铋纳米棒结构的生长机理,最后进行了硫化铋的光电性质应用研究。主要研究内容概括如下:（1）理论介绍。通过查找调研理解国内外半导体集成电路相关文献及相关领域学位论文,本论文首先提出半导体材料的发掘与集成电路产业紧密联系的研究背景、接下来就纳米半导体材料、纳米半导体硫化铋材料的基础理论知识进行了简要概述,并就实验部分的热注射技术进行了基本原理的解释说明。为接下来硫化铋纳米半导体材料的合成、光电性质研究、光电性质应用奠定良好的理论知识基础。（2）材料合成。运用控制变量法,氯化铋提供铋源,硫代乙酰胺提供硫源,油胺作为氯化铋和硫代乙酰胺的溶剂（同时也是保护剂、表面活性剂）,通过改变硫与铋元素的摩尔比、生长温度、生长时间等多种反应条件与因素,采用热注射技术,经过离心、烘干、洗涤等一系列工序步骤,成功的制备出硫化铋纳米半导体棒状材料,为探索硫化铋纳米半导体棒状结构的光电性质提供了材料。（3）表征测试。运用多种类型的表征方法,将合成出的硫化铋纳米半导体材料进行表征测试,XRD测试结果显示合成出的硫化铋纳米半导体材料基本都为纯净的、结晶度高的正交晶系结构;TEM测试结果显示合成出的硫化铋纳米半导体材料形貌为棒状;EDS测试结果显示合成出的硫化铋纳米半导体材料仅含Bi、S两种元素,并且在固定区域的原子数目大致在Bi:S=3:2左右;拉曼光谱测试结果显示合成出的硫化铋纳米半导体材料均只有一个特征的Bi-S结合峰;荧光光谱测试结果显示合成出的硫化铋纳米半导体材料在波长为488nm的激发光作用下,会在736.5nm处有一个较宽的荧光发射峰;紫外-可见-近红外吸收光谱测试结果显示合成出的硫化铋纳米半导体材料对可见光均有不同程度的吸收作用。（4）光电应用。光电应用主要就硫化铋纳米半导体材料的光催化性质与非线性光学性质进行了相关的研究分析,首先介绍了光催化研究背景以及分析了催化降解原理。接着通过设计以硫化铋为光催化剂,在氙灯光源照射下光催化降解甲基橙溶液的实验,证实了甲基橙溶液会在以硫化铋为光催化剂,氙灯光源照射的条件下发生降解反应,硫化铋显现出良好的光催化活性,为降解有机污染物提供了新的思路。对硫化铋纳米半导体材料的可饱和吸收、空间自相位调制做了测试,结果表明硫化铋纳米半导体材料样品的饱和光强为23.46GW/cm~2,归一化调制深度为8.73%,硫化铋纳米半导体材料具备空间自相位调制效应。表明说明硫化铋纳米半导体材料具备应用到光电子器件中的潜力。

关键词：半导体材料;硫化铋;热注射法;光催化;非线性光学

学科专业：集成电路工程（专业学位）

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 纳米半导体材料

1.2.1 纳米半导体材料的多功能应用

1.2.2 纳米半导体材料的物理化学特性

1.2.3 纳米半导体材料的制备方法

1.3 硫化铋纳米半导体材料

1.3.1 硫化铋纳米半导体的结构与性能