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)對樣品的晶體結構,形貌、成份等進行分析。結果表明:通過控制改變催化劑、生長溫度、NH3流量和生長時間四項實驗參數(shù),可制備出不同形貌的N摻雜β-Ga2O3納米線,每一組實驗參數(shù)都有一個最佳數(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

2、得到制備N摻雜β-Ga2O3納米線的最佳生長條件是:使用的Si襯底必須鍍金(起催化作用),樣品最佳生長溫度在700-850℃之間,N的最佳摻雜量為NH3氣體流量為40ml/min,最佳生長時間為1-1.5h。在此條件下生長制備出的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,長度可達數(shù)十微米。實驗中發(fā)現(xiàn),生長的大部分納米線頂端都有一個Au顆粒,說明納米線生長遵循氣-液-固(VLS)生長機制。<

3、br>　　 本文著重研究了NH3流量對N摻雜β-Ga2O3納米線光學及電學特性的影響。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)光特性也會受到影響。由于N元素的引入,β-Ga2O3納米線微結構中將產(chǎn)生更多的氧空位(Vo)、鎵空位(VGa)、氧-鎵空位對(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?shù)膿诫s量到達一個閾值時,β-Ga2O3納米線微結構中將會出現(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、藍光和綠光特征譜,我們對其產(chǎn)生機理做了詳細討論。
　　 對半導體進行N摻雜可使半導體表現(xiàn)為P型導電類型。為了測試本實驗制備出的N摻雜β-Ga2O3納米線的導電類型,本小組生長了一維N摻雜β-Ga2O3納米線與一維純β-Ga2O3納米線/N摻雜β-Ga2O3納米線異質(zhì)結,利用伏安法分別測試比較了單根N摻雜β-Ga2O3納米線和N摻雜條件下純β-Ga2O3納米線/N摻雜β-

5、Ga2O3納米線異質(zhì)結的Ⅳ特性。結果表明,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,這是因為一維純β-Ga2O3納米線為N型半導體,當電流流過一維β-Ga2O3納米線樣品時,其Ⅳ特性就表現(xiàn)為一條直線,而一維純β-Ga2O3納米線/N摻雜β-Ga2O3納米線異質(zhì)結中的純β-Ga2O3納米線為N型半導體,N摻雜β-Ga2O3納米線表現(xiàn)為P型半導體,所以,納米線異質(zhì)結材料類似于一個P