中文摘要：

作为一种宽禁带半导体材料，SiC以其优异的物理、化学和光电特性成为制造短波长大功率光电子器件最重要的半导体材料之一；另一方面，随着器件集成度的不断提高，一维半导体纳米线在电子器件上的应用成为当今热点研究领域，然而传统SiO2绝缘层由于遂穿漏电流现象，已经不能满足未来纳米线基光电器件发展的需要，可以看出在SiC纳米线上原位生长高质量、高介电常数的绝缘层是开拓其在光、电器件领域应用潜力的关键科学问题之一。基于上述认识，本项目拟针对我们首次合成的一维SiC@Al2O3核壳外延纳米结构开展如下应用基础研究（1）单根SiC@Al2O3核壳外延纳米线与单根SiC纳米线的场发射性能的对比研究，从而揭示低电子亲合势的Al2O3壳层在电子输运和遂穿过程中的作用。（2）制备单根SiC@Al2O3核壳外延纳米线的场效应晶体管，研究不同介电层厚度等条件对器件性能的影响，从而找出该材料体系器件制备的最佳工艺条件。

结论摘要：

宽带隙半导体材料，作为第三代半导体，已经受到人们越来越多的关注。在这些宽带隙材料中，碳化硅（SiC）以其优异的物理、化学和光电特性成为制造短波长大功率光电子器件最重要的半导体材料之一；另一方面，随着器件集成度的不断提高，单个元件的大小将向纳米尺度迈进，作为下一代光电子构造单元，一维半导体纳米结构成为了当今研究的热点领域。类似于硅材料，SiC能够原位氧化而形成本征绝缘层，然而在高度集成化器件中，由SiO2绝缘层所造成的遂穿漏电流现象已经严重制约未来纳米线基光电器件发展的需要，可以看出在SiC纳米线上原位生长高质量、高介电常数的绝缘层是开拓其在光、电器件领域应用潜力的关键科学问题之一。在本项目，通过在SiC生长过程中引入铝源（Al），我们在SiC纳米结构表面成功地原位外延生长出了高介电常数的氧化铝（Al2O3）外层，且该Al2O3层具有优良的绝缘特性。进一步对该SiC@Al2O3外延纳米结构的光电特性研究发现，相比于通常一维SiC纳米结构，该核壳纳米结构显示出增强场发射的特性。此外，新型的纳米结构的设计与合成，不仅仅是丰富了纳米结构的家庭成员，更为重要的是，它能够扩展纳米结构在未来光电子器件中的应用。这里，我们也开展了新型SiC复合纳米结构的生长研究，首次合成了具有着双手性螺旋结构的SiO2/SiC异质纳米螺丝钉，并且通过生长条件的设计，我们在实验上观察到了该螺旋复合纳米结构的生长动力学图像，为今后其他新型SiC基纳米结构的设计提供了实验图像。最后，在已经完成项目研究内容的基础上，我们扩展了该项目的研究内容，继续开展其他宽带隙材料的研究工作，如制备出了超长的Al-O-C-N四元一维陶瓷纳米结构（Al3CON），并进一步讨论了单个纳米结构的力学性能和电学性能。研究发现该Al3CON纳米结构具有较高的杨氏模量和相应的室温半导体特性。更为重要的是，光电特性研究发现该纳米结构对深紫外光具有良好的光电响应特性。此外，通过选用钨（W）作为催化剂，我们成功的获得了具有异常[1 0 1]生长方向的氮化铝（AlN）纳米线膜，并发现该AlN纳米结构能够自发转变的浸润性，即从初始的超亲水表面转变为最终的超疏水表面，这一新颖的浸润特性将扩展AlN基纳米结构在今后多功能智能器件中的应用。