中文摘要：

拟采用气相传输沉积方法合成一维AlN纳米结构材料（如纳米线、纳米棒和纳米锥）。通过控制生长工艺中的温度、气压和气体流量等实验参数，实现对一维AlN纳米结构的生长方向和形貌（直径大小和表面形态）的调控。利用光致发光测试方法，研究一维AlN纳米结构的生长方向和形貌对其缺陷发光的影响。揭示氧杂质、氮空位以及铝空位等深能级缺陷程度和形貌、发光之间的内在联系，为设计和制备新型AlN基纳米器件提供重要的实验数据。利用原位金刚石压砧超高压实验技术和拉曼光谱测量技术，研究高压下AlN纳米线的结构相转变动力学，并通过与相应体材料的实验和理论研究相比较，揭示AlN纳米线一维限制效应影响其结构相转变路径的物理本质，为探索高压下其他纳米线的结构转变路径提供新的思路。

结论摘要：

通过本项目的研究，我们采用气相传输沉积方法合成了多种形貌低维AlN纳米结构材料，分析了形貌对缺陷发光的影响原因，并解释了缺陷发光机制。通过微纳AlN晶体材料的高压拉曼光谱研究，揭示了高压条件下尺寸效应对其结构相变和拉曼光谱特征的影响。以纯Al粉为原料，氨气为反应气体，氩气或氮气为载气，进行了一系列的实验研究，在硅衬底上得到了AlN纳米线，纳米锥和纳米片等纳米结构。大量实验研究表明铝蒸汽压大小是AlN纳米结构形成的最重要因素。通过把原料和沉积位置放置在小的石英试管里，以提高Al蒸汽浓度，在原料表面得到了AlN纳米片。通过在硅衬底上镀金催化剂的方法，可以促使AlN成核，但是在金的催化诱导下大量的硅纳米线在硅衬底表面形成，导致极少的AlN纳米结构可以形成。通过在原料Al粉中添加氯化铵，也可以提高Al蒸汽压浓度，从而实现镀金硅或石英衬底上AlN纳米结构的生长。预处理硅衬底，在其上沉积一薄层铝粉，可以提高Al蒸汽压浓度和在硅衬底上形成SiAl合金，这样有助于AlN成核、与硅基片的结合力和AlN纳米结构的外延生长。研究了反应温度、通气方式和氨气流对准一维AlN纳米结构形貌的影响。随着温度升高，准一维AlN纳米结构径向尺寸变大，沿着外延生长方向长度相对减小，长径比减小。 随着氨气流量的增加，准一维AlN结构的径向尺寸梯度变化变大，顶部尖端尺寸变得更为尖锐。此外，AlN纳米分级结构更容易形成。同时通入氨气和氩气时，导致准一维AlN纳米结构具有较大的长径比。光致发光特性的测量结果发现，准一维AlN纳米结构的长度越大，表面形貌不光滑，会显示出较强的缺陷发光。表明晶体生长过程中会导致更多的缺陷形成，这与纳米粒子尺寸越小，缺陷发光强度越大的结论完全不同。通过原位高压Raman光谱研究了AlN纳米线和枝晶的结构相变，观察到AlN纳米线在24.4 GPa发生了纤锌矿向岩盐矿的结构相变，尺寸相对较大的AlN枝晶（不同尺寸单晶的结合体）在20.73 GPa开始发生了结构转变。高压相的新Raman信号来自岩盐矿AlN声子态密度的无序激活散射。岩盐矿AlN纳米线和体材料的无序散射强度的差别导致了在发生结构相转变时出现了完全不同的Raman散射特征。通过比较AlN纳米线和体材料的A1(LO)和E2(high)的压力系数比值的大小，可以推断AlN纳米线在向石墨中间相结构转变时滞后于AlN体材料。