一维氧化镓纳米材料研究进展

《一维氧化镓纳米材料研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、一维氧化镓纳米材料研究进展摘要：本文从β-Ga2O3的制备，性质及β-Ga2O3在气体传感器和深紫外光电探测器的纳米器件中的应用等方面，介绍了一维β-Ga2O3纳米材料。关键词：氧化镓；一维纳米材料；气体传感器；光电探测器ResearchProgressofOne-dimensionalGalliumOxideNanomaterialsAbstract：Inthispaperone-dimensionalβ-Ga2O3nanomaterialsareintroducedfromtheaspectsofpreparationandpropertiesofβ-

2、Ga2O3andtheapplicationofβ-Ga2O3innanosensorsofgassensorsanddeepultravioletphotodetectors.Keywords:galliumoxide;one-dimensionalnanomaterials;gassensors;photodetectors1.引言随着电子技术的发展，微米级器件研发利用已不能满足器件对高集成度和低功耗的要求，并且器件集成度的提高要求器件特征尺寸必须减小。相比于块体材料，由于一维纳米材料具有优异的光、电、磁等性能，近年来一维纳米材料己经成为纳米材料研究热

3、点[1]。金属氧化物纳米线材料是纳米结构中非常独特的一种类型，是电荷的最小载体，不仅可以作为可靠的纳米尺度连接线，自身更具有器件功能。通过掺杂手段，可以方便地获得掺杂纳米线及其异质结结构。因此，金属氧化物纳米线是构筑纳米传感器件的理想基元[2]。氧化镓（Ga2O3）是一种直接带隙半导体材料，其吸收带在240nm-280nm之间[3]，常温下其能隙带宽为4.9eV，并拥有良好的热稳定性和化学稳定性，此外还具有优良的导电以及发光性质[4]，因此可使用在透明导电膜、光电元件、气体传感器等方面。氧化镓有许多不同的晶体结构，常见的有α、β、γ三种结构[4]。其中β-

4、Ga2O3是具有单斜结构的半导体晶体材料，在室温下结构稳定，且单晶可以导电[3]。目前已经见诸报道的利用CVD方法得到的氧化镓几乎全部都是β相。当前，一维Ga2O3纳米材料的研究热点主要集中于纳米线、纳米棒、纳米管等，已通过热蒸发法、物理蒸发法、气相外延法、碳热还原法、热退火法等成功制得一维Ga2O3纳米材料。2.一维Ga2O3纳米材料的生长机制与制备2.1一维纳米材料的生长机制2.1.1VSL(气-液-固)晶体生长机制Wagner等[5]提出VLS机理：高温时原料中的原子被蒸发出来，与载运气体分子碰撞而损失热运动能量，使原料蒸气迅速冷却成为过冷气体，在较

5、低的温度下形成低共融的触媒液滴，从而在气相和基体之间形成一个对气体有较高容纳系数的界面，该界面层不断吸纳气相中的反应物分子，达到一定的过饱和度后形成晶核，然后晶体向上生长，出现VLS机理的基本特征顶端凝固的小液滴。2.1.2VS(气-固)晶体生长机制ang等[6]提出VS机理：螺旋位错结构为其不断纵向生长创造了条件，表面降低的自由能提高了生长的驱动力，在适当的温度下形成晶核，达到临界值时沿着柏氏矢量方向生长。用这种方法制备纳米线可控性差，受气相压力、流速的影响大[3]。图1VSL和VS机理制备一维Ga2O3纳米材料示意图2.2一维Ga2O3纳米材料的制备2

6、.2.1热蒸发法Liu[7]通过使用镓金属作为源材料的化学热蒸发法合成氧化镓纳米线。在氧化铝舟皿中的氧化铝基板上放置0.5g镓金属（99.999％）。然后将氧化铝舟在管式炉中在900℃下在环境压力下以100ml/min的Ar流速加热1小时。在将体系自然冷却至室温后，在氧化铝基底上围绕镓金属获得白色产物层。图2中，X射线衍射和透射电镜表征表明所获得的纳米线是良好结晶的单相单斜Ga2O3。图2氧化镓纳米线的XRD和TEM表征2.2.2碳热还原法Wu[8]等首次用粉与石墨的球磨混合粉末作为原料，在流动的氮气保护下980℃反应2h，成功合成了直径为60nm的β-G

7、a2O3纳米线。郭彦[9]用CVD法合成的碳纳米管作还原剂，在980℃还原Ga2O3粉末，生成的气态Ga2O与载气Ar中含有的微量O2反应，在多孔氧化铝模板上沉积得到Ga2O3纳米带。生长机理：首先是固态Ga2O3和C发生反应，生成的Ga2O蒸气和Ga蒸气分别与O2发生如下反应：①Ga2O3(S)+2C(S)→Ga2O(V)+2CO(g)Ga2O3(S)+3C(S)→2Ga(V)+3CO(g)②Ga2O(V)+O2(g)→Ga2O3(S)4Ga(V)+3O2(g)→2Ga2O3(S)式中：S为固态，V为蒸气，g为气态。2.2.3热退火法Kim等[10]采用

8、球磨的GaN热退火工艺，制备出至今报道的最长的β-Ga2O3纳米线