一維N摻雜β-Ga-,2-O-,3-納米線的制備及特性研究.pdf

1、采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法,以高純NH3為N源,在(111)Si襯底上制備了N摻雜的β-Ga2O3納米線。用X射線衍射儀(XRD),掃描電鏡(SEM),透射電鏡(TEM)和能譜分析(EDAX)對(duì)樣品的晶體結(jié)構(gòu),形貌、成份等進(jìn)行分析。結(jié)果表明:通過(guò)控制改變催化劑、生長(zhǎng)溫度、NH3流量和生長(zhǎng)時(shí)間四項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù),可制備出不同形貌的N摻雜β-Ga2O3納米線,每一組實(shí)驗(yàn)參數(shù)都有一個(gè)最佳數(shù)值有利于形成最佳質(zhì)量的N摻雜β-Ga2O3納米線。最后總結(jié)

2、得到制備N摻雜β-Ga2O3納米線的最佳生長(zhǎng)條件是:使用的Si襯底必須鍍金(起催化作用),樣品最佳生長(zhǎng)溫度在700-850℃之間,N的最佳摻雜量為NH3氣體流量為40ml/min,最佳生長(zhǎng)時(shí)間為1-1.5h。在此條件下生長(zhǎng)制備出的N摻雜β-Ga2O3納米線有良好陣列取向性,表面光滑,直徑均勻,范圍約為35-120nm,長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)十微米。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),生長(zhǎng)的大部分納米線頂端都有一個(gè)Au顆粒,說(shuō)明納米線生長(zhǎng)遵循氣-液-固(VLS)生長(zhǎng)機(jī)制。<

3、br>　　 本文著重研究了NH3流量對(duì)N摻雜β-Ga2O3納米線光學(xué)及電學(xué)特性的影響。研究發(fā)現(xiàn),不同NH3流量下,納米線中的氮摻雜程度明顯不同,其發(fā)光特性也會(huì)受到影響。由于N元素的引入,β-Ga2O3納米線微結(jié)構(gòu)中將產(chǎn)生更多的氧空位(Vo)、鎵空位(VGa)、氧-鎵空位對(duì)(VGa:Vo)、氮間隙(Ni)及氮替位(No)等缺陷。隨著NH3流量的增大,氮的摻雜量也隨之增大,當(dāng)?shù)膿诫s量到達(dá)一個(gè)閾值時(shí),β-Ga2O3納米線微結(jié)構(gòu)中將會(huì)出現(xiàn)相

4、分離現(xiàn)象。N摻雜β-Ga2O3納米線的PL光譜中顯現(xiàn)了紫光、藍(lán)光和綠光特征譜,我們對(duì)其產(chǎn)生機(jī)理做了詳細(xì)討論。
　　 對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行N摻雜可使半導(dǎo)體表現(xiàn)為P型導(dǎo)電類型。為了測(cè)試本實(shí)驗(yàn)制備出的N摻雜β-Ga2O3納米線的導(dǎo)電類型,本小組生長(zhǎng)了一維N摻雜β-Ga2O3納米線與一維純?chǔ)?Ga2O3納米線/N摻雜β-Ga2O3納米線異質(zhì)結(jié),利用伏安法分別測(cè)試比較了單根N摻雜β-Ga2O3納米線和N摻雜條件下純?chǔ)?Ga2O3納米線/N摻雜β-

5、Ga2O3納米線異質(zhì)結(jié)的Ⅳ特性。結(jié)果表明,N摻雜β-Ga2O3納米線的Ⅳ特性近似為一條直線,而異質(zhì)結(jié)的Ⅳ特性表現(xiàn)出了較明顯的整流性質(zhì)。分析表明,這是因?yàn)橐痪S純?chǔ)?Ga2O3納米線為N型半導(dǎo)體,當(dāng)電流流過(guò)一維β-Ga2O3納米線樣品時(shí),其Ⅳ特性就表現(xiàn)為一條直線,而一維純?chǔ)?Ga2O3納米線/N摻雜β-Ga2O3納米線異質(zhì)結(jié)中的純?chǔ)?Ga2O3納米線為N型半導(dǎo)體,N摻雜β-Ga2O3納米線表現(xiàn)為P型半導(dǎo)體,所以,納米線異質(zhì)結(jié)材料類似于一個(gè)P