论文部分内容阅读
III族氮化物表现出很强的自发极化与压电极化效应,在它们的异质结界面处极化诱导二维电子气形成。二维电子气的浓度受到表面的电位的强烈影响,正因为它具有很高的栅极电荷灵敏度,所以基于AlGaN/GaN的高电子迁移率晶体管(HEMT)在作为生物传感器方面极具前景。通过对AlGaN/GaN表面改性可以很好地提高传感器栅极区域的生物相容性,进而提高生物传感器的性能。而亲水性表面的获得对于传感器栅区的生物相容性的提高至关重要。羟基可以提高传感器表面的亲水性,本文主要针对AlGaN/GaN HEMT栅区表面羟基的修饰、表征,以及通过第一性原理计算的方法对传感器表面羟基的吸附特性,表面羟基的覆盖度等进行了详细地研究。本文选取纤锌矿结构的GaN(0001)表面作为研究对象进行研究,主要研究内容如下:首先,针对不同温度与时间条件下食人鱼溶液对GaN(0001)表面羟基化进行了对比实验,从水滴的静态接触角和原子力显微镜表面形貌图来进行分析,试图找到使表面羟基化效果最好的处理温度与时间,为生物传感器制作过程中表面羟基化地处理提供成熟的工艺条件。随后,我们通过对比实验深入研究了食人鱼溶液对GaN(0001)表面的羟基化效果,利用X射线光电子能谱(XPS)表征了经过不同表面处理方法后表面原子峰位的移动,阐述了羟基与GaN(0001)表面的结和方式。GaN(0001)表面由于存在悬挂键,并且食人鱼溶液具有很强的羟基化能力,使得GaN很容易被羟基化形成亲水性的表面。最后,我们又利用Materials Studio软件中的CASTEP模块,用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对构建好的纤锌矿GaN晶胞进行了优化,在态密度、Mulliken电荷、差分电荷密度以及能带结构方面进行了深入地分析。计算了羟基在GaN(0001)表面的不同吸附位点的吸附能以及不同羟基覆盖率下对吸附能以及吸附构型的影响,得出了吉布斯自由能与羟基化学势之间的相图。通过理论计算在原子层级上对羟基在GaN(0001)表面的吸附行为进行了描述,对于生物传感器制作过程中的亲水性表面获得具有指导意义。当前AlGaN/GaN的高电子迁移率晶体管生物传感器制作过程中表面羟基化的程度很大程度上依赖于工艺处理过程。本文在对生物传感器羟基化的工艺条件进行了详细地摸索后又通过理论计算的方法在原子层面揭示了羟基的吸附行为,为生物传感器的表面羟基化过程提供了理论解释。