氮化鎵納米顆粒的制備及性質研究.pdf

1、GaN是一種化學性質穩(wěn)定，熱導率高，飽和電了漂移速度大的寬禁帶半導體材料，室溫下其禁帶寬度為3.4 eV。在藍光、紫外光光電了器件和高溫、高頻、大功率半導體器件領域有著廣泛的應用前景，因此被認為是第二代半導體材料的代表。根據不斷降低器件尺寸的要求，基于具有優(yōu)異性質的納米尺寸材料制造納米器件是很有意義的。納米級低維GaN是滿足這種要求的一種很有希望的材料，因此對其性質研究就尤為重要了。 在低維半導體材料體系中，電子結構和聲了結構起

2、著重要的作用，對材料的光學和電學特性產牛了重要的影響。低維材料體系的電予結構已被廣泛、深入地研究。隨著材料體系尺寸減小到聲予波長的尺度，聲了限制效應開始出現。與聲子限制效應相關的拉曼紅移已有定量的物理模型解釋，而與聲了限制效應相關聯的紅外吸收藍移還沒有準確、定量的物理模型說明這一現象。已有的研究更多地將GaN納米顆粒紅外吸收藍移定性地歸于缺陷所引起。我們的研究工作是通過實驗制備出Ga<,2>O<,3>包GaN和Ga<,2>O<,3>-G

3、aN-Ga<,2>O<,3>的納米材料體系，基于該材料體系的拉曼光譜紅移，對GaN納米材料體系聲子限制效應的紅外吸收藍移進行了較深入的定量的研究。 本文中，首先研究了由Ga<,2>O<,3>粉末氨化得到G aN粉末的制備條件；在此基礎上，通過高溫氧化GaN粉末，控制不同的氧化時間，制備得到了具有不同尺寸Ga<,2>O<,3>包GaN的GaN納米顆粒；又由Ga<,2>O<,3>粉末氨化后再氧化制備得到了Ga<,2>O<,3>-Ga

4、N-Ga<,2>O<,3>的GaN納米殼層結構；最后，以不同尺寸GaN納米顆粒的拉曼和紅外光譜作為依據，分析研究了表面張力在GaN納米顆粒紅外藍移中的作用。 1、Ga<,2>O<,3>粉末氨化制備GaN粉末條件的確定。Ga<,2>O<,3>粉末在900℃：高溫氨化(流量為100sccm)制備GaN粉末過程中，當反應時間超過60分鐘后，xRD結果表明樣品中GaN衍射峰不再變化。但XPS結果顯示，當反應時間在90分鐘芹右時樣品表面G

5、a和N的化學配比接近1∶1。由此，Ga<,2>O<,3>氨化制備得到GaN粉末的制備條件是：900℃氨化(氨氣流量為100sccm)90分鐘。 2、制備Ga<,2>O<,3>包GaN的不同尺寸GaN納米顆粒。由GaN粉末的熱重反應分析確定其氧化退火溫度為800℃，氧化退火時間分別為10分鐘，15分鐘，20分鐘，27分鐘，30分鐘，45分鐘，60分鐘，75分鐘和3小時。樣品XRD測試結果表明：隨氧化退火時間的增加，GaN粉末顆粒的

6、表面逐步被氧化，形成Ga<,2>O<,3>包GaN的納米顆粒結構。拉曼光譜的測試結果表明：氧化15分鐘，25分鐘和45分鐘的樣品相對未氧化的GaN粉末光譜峰出現紅移，其紅移量分別為1cm<'-1>，2 cm<'-1>和4 cm<'-1>，說明隨氧化時間增加，GaN納米顆粒尺寸減小。而氧化15分鐘和25分鐘樣品的紅外吸收譜相對未氧化GaN粉末的紅外吸收譜峰出現藍移，藍移量分別為9.87 cm<'-1>和13.73 cm<'-1>。 3、G

7、a<,2>O<,3>-GaN-Ca<,2>O<,3>殼層GaN納米結構制備。首先，將GaN粉末900℃氨化25分鐘，接著又在800℃條件下，分別氧化退火5分鐘，8分鐘，10分鐘，12分鐘和15分鐘，XRD和紅外吸收譜的測試結果表明，已制備得到Ga<,2>O<,3>-GaN-Ca<,2>O<,3>殼層GaN納米結構。 4、依據拉曼光譜紅移的理論，估算出氧化退火15分鐘，25分鐘和45分鐘Ca<,2>O<,3>包GaN樣品GaN顆粒