GaN納米晶的制備及其反應(yīng)機理分析.pdf

1、氮化鎵(GaN)材料是室溫下具有3.4eV的直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度大，符合高亮度二極管(LED)、激光二極管(LD)以及抗輻射器件和高密度集成電子器件對光、電性能的需求。GaN材料物理、化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有高飽和電子漂移速度、高擊穿場強及高熱導(dǎo)率等特殊性能，是發(fā)展高溫、大功率電子器件的優(yōu)選材料。GaN納米材料以其優(yōu)良的物理特性以及在制備納米器件等方面的潛在應(yīng)用，成為研究者關(guān)注的熱點。通過摻雜，GaN帶隙可以覆蓋從紅外到紫外的光譜

2、范圍，并表現(xiàn)出特殊的光、電、磁性能。由于不同摻雜對GaN改性效果不一樣，人們可以獲得應(yīng)用范圍更加廣泛的GaN材料。為此，本課題對GaN納米晶的制備、摻雜以及反應(yīng)機理進行了研究。
　　 研究采用管式爐氨氣(NH3)直接氮化氧化鎵(Ga2O3)制備GaN納米晶，在NH3流量為16L/h的條件下，通過溫度、時間工藝參數(shù)控制實驗，結(jié)合XRD、SEM、TEM和PL性能測試，分析了NH3直接氮化Ga2O3的氮化反應(yīng)機理。研究得出，NH3直接

3、氮化Ga2O3的最佳反應(yīng)溫度條件為1000℃，反應(yīng)初期，Ga2O3和NH3分解出的Ga、N原子首先復(fù)合，反應(yīng)生成GaN，該過程非常迅速，致使產(chǎn)物GaN中含有大量的晶格缺陷；反應(yīng)中期，Ga2O3變化為含有大量晶格缺陷的GaN，并產(chǎn)生結(jié)構(gòu)重排，該過程促進了納米晶粒度的均勻分布。反應(yīng)后期，重排機制變化為熱分解-重結(jié)晶機制，因此，必須嚴格控制反應(yīng)時間，以免納米晶的分解及重結(jié)晶后團聚，團聚后的GaN藍光發(fā)光性能變差。因此，在1000℃的反應(yīng)條件下

4、，最佳的反應(yīng)時間為1h～1.5h。
　　 論文研究了不同濕化學工藝制備含Ga前驅(qū)體對合成產(chǎn)物的影響，其中有機沉淀法制備出的前驅(qū)體在NH3氮化的作用下可以得到粒度分布均勻的GaN納米晶，其平均顆粒尺寸在100nm以內(nèi)；檸檬酸樣制備的GaN顆粒度偏大，而水熱處理的Ga2O3粉體氮化后得到的產(chǎn)物粒徑分布較寬，后兩種方法制備的粉體顆粒尺寸、均勻度以及發(fā)光強度均不如有機沉淀法。實驗表明有機沉淀法在濕化學法制備GaN納米晶中，具有較佳的應(yīng)用

5、前景。研究還得出，有機沉淀法制備前驅(qū)體過程中的主要影響因素是pH值和溶劑配比量，pH值的變化并不影響GaN納米晶的發(fā)光性能，但影響納米晶的結(jié)晶性能；而溶劑配比量不僅影響GaN納米晶的發(fā)光性能，而且也影響納米晶的結(jié)晶度和粒徑分布的均勻性。實驗發(fā)現(xiàn)有機沉淀法前軀體制備的最佳條件是：pH=7-7.5，Ga/水/乙醇的配比量為3:30:200；制備GaN納米晶的最佳反應(yīng)條件為1000℃，保溫1h。
　　 論文進行了有機沉淀法GaN摻雜的