外电场辅助化学气相沉积方法制备网格状β-Ga2O3纳米线及其特性研究.pdfVIP

外电场辅助化学气相沉积方法制备网格状β-Ga2O3纳米线及

其特性研究

冯秋菊;李芳;李彤彤;李昀铮;石博;李梦轲;梁红伟

【摘要】利用外电场辅助化学气相沉积(CVD)方法,在蓝宝石衬底上制备出了由三

组生长方向构成的网格状β-Ga2O3纳米线.研究了不同外加电压大小对β-Ga2O3

纳米线表面形貌、晶体结构以及光学特性的影响.结果表明:外加电压的大小对样品

的表面形貌有着非常大的影响,有外加电场作用时生长的β-Ga2O3纳米线取向性

开始变好,只出现了由三组不同生长方向构成的网格状β-Ga2O3纳米线;并且随着

外加电压的增加,纳米线分布变得更加密集、长度明显增长.此外,采用这种外电场辅

助的CVD方法可以明显改善样品的结晶和光学质量.

【期刊名称】《物理学报》

【年(卷),期】2018(067)021

【总页数】6页(P360-365)

【关键词】外电场;化学气相沉积;β-Ga2O3;纳米线

【作者】冯秋菊;李芳;李彤彤;李昀铮;石博;李梦轲;梁红伟

【作者单位】辽宁师范大学物理与电子技术学院,大连116029;辽宁师范大学物理

与电子技术学院,大连116029;辽宁师范大学物理与电子技术学院,大连116029;辽

宁师范大学物理与电子技术学院,大连116029;辽宁师范大学物理与电子技术学院,

大连116029;辽宁师范大学物理与电子技术学院,大连116029;大连理工大学微电

子学院,大连116024

【正文语种】中文

1引言

β-Ga2O3是一种直接宽禁带半导体材料,禁带宽度在4.5—4.9eV之间,大于GaAs

及GaN等第二代和第三代化合物半导体材料,具有击穿场强高以及化学性质稳定等

特点,被认为是高效、大功率电力电子器件的优选材料[1−3].此外,β-Ga2O3由于具

有高近紫外透过率、日盲波段光响应及气体敏感等诸多优良特性已在紫外透明电极、

日盲探测器、气体传感器和平板显示等多个领域备受关注[4−6].

近年来,一维纳米材料如纳米线、纳米棒和纳米带等除了展现出自身优于块体材料

的比表面积外,还显示出了优于常规块体和薄膜材料的结晶质量,通常为单晶结构,因

而在力学韧性、气体敏感性和光电性能上表现出了许多优异的性能,备受研究学者

的关注[7−12].目前研究者已经采用脉冲激光沉积法[13]、水热法[14]以及射频磁

控溅射[15]等方法生长出了β-Ga2O3纳米材料,但从文献报道的结果来看,制备出

的β-Ga2O3纳米结构取向性并不好[16,17],特别是纳米材料的横向可控生长,很难

实现.因此,在纳米结构的制备方面需要突破一些传统的生长机理,尝试一些创新的生

长方法.本课题组[18]提出将外电场引入到传统的化学气相沉积设备中,在纳米材料

的可控生长方面做了一些研究工作,并取得了一些较好的研究结果.本文采用外电场

辅助的化学气相沉积(chemicalvapordeposition,CVD)方法,生长出了由3个横向

方向构成的网格状结构β-Ga2O3纳米线,并对其形貌、结构、光学等特性和生长

机理进行了研究.

2实验

利用CVD设备,在不同外加电压的作用下,在蓝宝石衬底上制备β-Ga2O3纳米线.

首先利用离子溅射仪在蓝宝石衬底上溅射一层金膜,金膜的厚度约为15nm.选用纯

度为99.99%的金属Ga作为源材料,称量后将其放在石英舟的中央位置,在Ga源的

下方平行摆放两个铂片,两个铂片之间的间隔约为1.5cm,分别作为正负电极,将镀

有金膜的蓝宝石衬底放在两个铂电极之间.两个铂片电极经铂丝与直流电源相连接,

具体的实验装置如图1所示.选用高纯度的氩气作为载气,其流量为200sccm(1

sccm=1mL/min),反应气体为氧气.生长温度设置为900◦C,生长时间为20min,待

整个实验结束后,冷却至室温后将样品取出.不同外加电压下制备的样品生长参数如

表1所列.

图1CVD实验装置结构图Fig.1.SchematicdiagramofCVDequipment.

表1不同外加电压下样品的生长参数Table1.Growthparametersofsamples

underdi