一種新型螺旋狀GaN單晶納米線(xiàn)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料及其制備方法，具體涉及一種新型螺旋狀GaN單晶納米線(xiàn)及其制備方法，涉及半導(dǎo)體材料的制備研究，屬于半導(dǎo)體納米材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN是一種具有較大禁帶寬度的半導(dǎo)體，屬于所謂寬禁帶半導(dǎo)體之列，它是微波功率晶體管的優(yōu)良材料，也是藍(lán)色光發(fā)光器件中的一種具有重要應(yīng)用價(jià)值的半導(dǎo)體。GaN是極穩(wěn)定的化合物，又是堅(jiān)硬的高熔點(diǎn)材料，熔點(diǎn)約為1700°C ；GaN具有高的電離度，在III一V族化合物中是最高的；在大氣壓力下，GaN晶體一般是六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)；它在一個(gè)元胞中有4個(gè)原子，原子體積大約為GaAs的一半；又因?yàn)槠溆捕雀?，是一種良好的涂層保護(hù)材料。GaN材料的研究與應(yīng)用是目前全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點(diǎn)，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導(dǎo)體材料，并與SIC、金剛石等半導(dǎo)體材料一起，被譽(yù)為是繼第一代Ge、Si半導(dǎo)體材料、第二代GaAs、InP化合物半導(dǎo)體材料之后的第三代半導(dǎo)體材料。它具有寬的直接帶隙、強(qiáng)的原子鍵、高的熱導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性好(幾乎不被任何酸腐蝕)等性質(zhì)和強(qiáng)的抗輻照能力，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應(yīng)用方面有著廣闊的前景。
[0003]GaN基稀磁半導(dǎo)體在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有優(yōu)良性能，基于GaN基稀磁半導(dǎo)體材料開(kāi)發(fā)的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)器件具有廣泛的應(yīng)用前景，其部分產(chǎn)品已經(jīng)在市場(chǎng)中占有一席之地。近年來(lái)，有關(guān)GaN納米結(jié)構(gòu)的各種形貌已經(jīng)有大量報(bào)道，如GaN納米粉體、納米線(xiàn)、納米管、納米帶、納米片、納米薄膜、三棱柱；低維結(jié)構(gòu)GaN材料可以有效減少器件的占用空間，一維納米線(xiàn)可以在組裝納米器件方面發(fā)揮重要作用。本發(fā)明主要在反應(yīng)源使用不同濃度的MoCl5實(shí)現(xiàn)了螺旋狀GaN單晶納米線(xiàn)的制備。
[0004]有研究者利用化學(xué)氣相沉積法研究了 MnCl2、0)(:12及CrCl 3在生長(zhǎng)GaN納米線(xiàn)時(shí)的影響，并作了相關(guān)機(jī)制方面的研究，在反應(yīng)前置入管式爐中的過(guò)渡金屬氯化物物質(zhì)的量濃度的不同，生長(zhǎng)出的GaN納米結(jié)構(gòu)的微觀形貌也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，如出現(xiàn)六方形、三角形以及四方形橫截面，但這種變化中沒(méi)有涉及到Z字型納米線(xiàn)、螺旋狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，參閱NanoLetters，第8卷(第9期)第2674至2681頁(yè)。
[0005]由文獻(xiàn)調(diào)研及相關(guān)資料可知，目前尚未報(bào)道利用化學(xué)氣相沉積法制備出大量螺旋狀GaN納米線(xiàn)，利用該法制備螺旋狀GaN納米線(xiàn)，獲得的樣品純度較高，在X-射線(xiàn)衍射儀檢測(cè)極限條件下，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)第二相，且方法簡(jiǎn)單易行，樣品獲取易于重復(fù)，對(duì)環(huán)境危害小、易于推廣等優(yōu)點(diǎn)，因此可廣泛應(yīng)用于II1- V族半導(dǎo)體的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種新型螺旋狀GaN單晶納米線(xiàn)及其制備方法，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備具有螺旋狀的GaN納米線(xiàn)方法，以填補(bǔ)螺旋狀GaN納米線(xiàn)微觀形貌技術(shù)空白；本發(fā)明采用金屬Ga和NH3氣分別作為Ga源和N源，MoCl 5粉體作為Mo源，以獲得可調(diào)控生長(zhǎng)的螺旋狀GaN納米線(xiàn)；本方法簡(jiǎn)單易行、成本低，所有原料都很常見(jiàn)，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種新型螺旋狀GaN單晶納米線(xiàn)的制備方法，包括如下步驟:
(O稱(chēng)取金屬Ga盛放在陶瓷舟中，將其置于水平管式爐的中間部位，按摩爾比Mo/Ga=0.15?0.20稱(chēng)取MoCl5粉體盛放在陶瓷舟中，置于距中心溫區(qū)20?30cm的上游位置，同時(shí)在距中心溫區(qū)下游20?25cm位置處放置已鍍金處理的Si襯底，密封水平管式爐；(2)啟動(dòng)真空系統(tǒng)，爐內(nèi)真空度至IXlO3 Pa時(shí)，通入Ar氣，Ar氣氣流速率為10?80sccm，加熱至940?105CTC，保溫0.5?2小時(shí)，同時(shí)扭開(kāi)氨氣氣流閥以15?100 sccm流速通入見(jiàn)13氣，反應(yīng)進(jìn)行I?2h后，斷開(kāi)氨氣并冷卻至室溫，最后在Si襯底上收集一層沉積物，即為螺旋狀GaN單晶納米線(xiàn)，制備得到的GaN納米線(xiàn)呈現(xiàn)螺旋狀外形，并且是單晶結(jié)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的直接采用化學(xué)氣相沉積法制備螺旋狀GaN納米線(xiàn)，尚屬首次報(bào)道，增添了 GaN納米線(xiàn)微觀形貌的多樣化，為制備GaN光電器件增加了可選擇范圍；該方法制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、易于控制；實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物純度較高、均勻性好、可控性好、對(duì)環(huán)境污染小、易于推廣，因而具有重要的研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，可廣泛應(yīng)用于II1-V族半導(dǎo)體的制備。
[0009]說(shuō)明書(shū)附圖
圖1螺旋狀GaN納米線(xiàn)的SEM圖；
圖2單根螺旋狀GaN納米線(xiàn)SEM圖；
圖3樣品的TEM圖；
圖4樣品的TEM圖；
圖5樣品的HRTEM圖；
圖6樣品的SAED圖；
圖7樣品的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，這些實(shí)例僅用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明的范圍。
[0011]實(shí)施例1
一種新型螺旋狀GaN納米線(xiàn)的制備方法，通過(guò)以下工藝實(shí)現(xiàn):利用化學(xué)氣相沉積法制備新型螺旋狀GaN納米線(xiàn)，采用金屬Ga和NH3氣分別作為Ga源和N源，MoCl 5粉體作為Mo源，稱(chēng)取適量的金屬Ga盛放在陶瓷舟中，將其置于水平管式爐的中間部位，按摩爾比Mo/Ga=0.16稱(chēng)取適量10(:15盛放在陶瓷舟中，置于距中心溫區(qū)20?30cm的上游位置，同時(shí)在距中心溫區(qū)20?25cm位置處放置已鍍金處理的Si襯底，密封水平管式爐；啟動(dòng)真空系統(tǒng)，爐內(nèi)真空度至I X 10 3 Pa時(shí)；通入Ar氣，加熱至970攝氏度時(shí)，將Ar氣調(diào)至lOsccm，同時(shí)扭開(kāi)氨氣氣流閥以30sCCm流速通入，反應(yīng)進(jìn)行Ih后，斷開(kāi)氨氣并冷卻至室溫，最后在Si襯底上收集一層沉積物，即為螺旋狀GaN單晶納米線(xiàn)。
[0012]所得的螺旋形GaN納米線(xiàn)，在直納米線(xiàn)的生長(zhǎng)尾端，均生長(zhǎng)有螺旋狀GaN納米線(xiàn)，其徑向尺寸約為70nm左右，納米線(xiàn)的表面相相對(duì)光滑，如圖1、圖2、圖3和圖4所示；樣品有明顯的晶格條紋，和明顯的衍射斑，如圖5和圖6所不，表明樣品為單晶結(jié)構(gòu)；樣品的XRD衍射譜線(xiàn)表明其為纖鋅礦GaN結(jié)構(gòu)(ICDD-PDF N0.50-0792)，如圖7。
[0013]由以上實(shí)例可以看出，采用化學(xué)氣相沉積法制備的螺旋狀GaN納米線(xiàn)具有室溫鐵磁性，其產(chǎn)物均勻性好、可控性好、工藝簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，因而具有重要的研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
[0014]實(shí)施例2
制備螺旋狀GaN納米線(xiàn)，所用系統(tǒng)由硅鉬棒加熱的水平