氨化Si基Ga-,2-O-,3--Ti和Ga-,2-O-,3--TiO-,2-薄膜制備一維GaN納米結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、本文采用氨化磁控濺射 Ga<,2>O<,3>/Ti 和 Ga<,2>O<3>/TiO<,2>薄膜的方法在硅襯底上合成了GaN 納米結(jié)構(gòu).通過(guò)研究不同生長(zhǎng)條件對(duì)制備 GaN 納米結(jié)構(gòu)的影響,初步提出并探討了此方法合成 GaN 納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)制. 我們首先利用磁控濺射系統(tǒng)在 Si 襯底上制備 Ti 薄膜,然后將樣品在氨氣氣氛中退火,用 X 射線衍射(XRD)和傅里葉紅外吸收譜(FTIR)分析了樣品的結(jié)構(gòu)和組分.通過(guò)研究Ti/Si薄

2、膜在NH<,3>中的行為,了解到 Ti 很容易與 Si 反應(yīng)生成TiSi<,2>,Ti 在高溫下也可以和NH<,3>反應(yīng)生成TiN.但隨著溫度的升高,都有轉(zhuǎn)化為TiO<,2>的趨勢(shì).這和我們的熱力學(xué)分析結(jié)果也是一致的. 我們利用磁控濺射系統(tǒng)先在 Si 襯底上制備Ga<,2>O<,3>/Ti薄膜,接著在氨氣氣氛中退火制備 GaN 納米結(jié)構(gòu).用 X 射線衍射(XRD)、傅里葉紅外吸收譜(FTIR)、X 射線光電子能譜(XPS)、掃描

3、電子顯微鏡(SEM)和高分辨透射電鏡(HRTEM)等測(cè)試手段詳細(xì)分析了 GaN 納米材料的結(jié)構(gòu)、組分和形貌特性.結(jié)果表明:合成的納米結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的 GaN;氨化溫度和 Ti 薄膜的厚度都對(duì)一維 GaN 納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶質(zhì)量和形貌產(chǎn)生很大的影響.隨著氨化溫度的升高,納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶質(zhì)量逐漸變好,直徑逐漸變大,但當(dāng)氨化溫度升高到1000℃時(shí),納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶質(zhì)量開(kāi)始下降,直徑又開(kāi)始變細(xì).另外選用不同的中間層厚度,發(fā)現(xiàn)得到的納米結(jié)構(gòu)形貌各異

4、,說(shuō)明中間層的厚度對(duì) GaN 納米結(jié)構(gòu)的合成也有很大的影響;GaN 納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)制可歸結(jié)為氣體一固體(VS)生長(zhǎng)機(jī)制,其中 Ti 與 Si 襯底的反應(yīng)使 Si表面的表面能分布不再均勻,對(duì)GaN納米線的生長(zhǎng)起到重要作用. 我們利用磁控濺射系統(tǒng)在 Si 襯底上制備Ga<,2>O<,3>/TiO<,2>薄膜,接著在氨氣氣氛中退火制備 GaN 納米結(jié)構(gòu).用X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外吸收譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)和

5、高分辨透射電鏡(HRTEM)等測(cè)試手段詳細(xì)分析了 GaN 納米材料的結(jié)構(gòu)、組分和形貌特性.結(jié)果表明:在TiO<,2>中間層上生長(zhǎng)出的 GaN 材料的結(jié)晶特別好.說(shuō)明TiO<,2>在其它生長(zhǎng)GaN薄膜的方法中極有可能是一種很有前途的中間層材料.另外我們還發(fā)現(xiàn),不同的退火溫度,不同氨化時(shí)間和不同的緩沖層厚度對(duì)GaN薄膜表面納米結(jié)構(gòu)的形貌和質(zhì)量有很大影響.我們將TiO<,2>中間層對(duì)GaN納米線生長(zhǎng)的影響也初步地歸結(jié)到中間層對(duì)Si片表面的表面