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

1、本文采用氨化磁控濺射不同中間層厚度的Ga2O3/Mo薄膜的方法在硅襯底上合成了GaN和Ga2O3納米結(jié)構(gòu)。對(duì)其結(jié)構(gòu)、形貌、組分和發(fā)光特性進(jìn)行了深入的分析和研究，并對(duì)其發(fā)光機(jī)制和生長(zhǎng)機(jī)制進(jìn)行了初步探索，研究了不同生長(zhǎng)條件對(duì)制備GaN和Ga2O3納米結(jié)構(gòu)的影響。所取得的主要研究結(jié)果如下： 1.合成一維GaN納米結(jié)構(gòu)利用磁控濺射系統(tǒng)先在Si襯底上制備Ga2O3/Mo薄膜(Mo和Ga2O3膜的厚度分別30nm和500nm)，接著在氨氣氣

2、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。研究表明：合成的納米結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN；不同的氨化溫度、氨化時(shí)間對(duì)合成GaN納米結(jié)構(gòu)都有很大影響，表現(xiàn)為形貌各異的納米線、納米棒。 2.GaN光學(xué)特性和生長(zhǎng)機(jī)制的探索室溫下，用波長(zhǎng)為325nm光激發(fā)樣

3、品表面，顯示出較強(qiáng)的紫外發(fā)光峰(371.5nm處)。改變實(shí)驗(yàn)條件，發(fā)光峰位置都沒(méi)有隨之發(fā)生移動(dòng)，只是發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生了變化。由于合成的大部分納米結(jié)構(gòu)的直徑均大于GaN的波爾激子半徑(11nm)，超出了量子限制效應(yīng)起作用的范圍，因此，對(duì)于371.5處的帶邊發(fā)光峰，與文獻(xiàn)報(bào)道的GaN體材料的發(fā)光峰相比，沒(méi)有發(fā)生藍(lán)移。GaN納米結(jié)構(gòu)的牛長(zhǎng)機(jī)制可歸結(jié)為氣體一固體(VS)生長(zhǎng)機(jī)制，在高溫退火過(guò)程，Mo易于從Ga2O3獲得氧，這一過(guò)程一方面使Si表面的

4、表面能分布不再均勻，另一方面加速了Ga2O3的氮化，對(duì)GaN納米線的生長(zhǎng)起到重要作用。 3.合成一維Ga2O3納米結(jié)構(gòu)我們利用磁控濺射系統(tǒng)先在Si襯底上制備Ga2O3/Mo薄膜(Mo和Ga2O3膜的厚度分別為300nm和500nm)，接著在氨氣氣氛中退火制備Ga2O3納米結(jié)構(gòu)。研究表明：合成的納米結(jié)構(gòu)為β-Ga2O3；不同的退火溫度、退火時(shí)間對(duì)Ga2O3/Mo薄膜合成Ga2O3納米結(jié)構(gòu)都有很大影響，表現(xiàn)為形貌各異的納米線、納米棒

5、。 4.Ga2O3光學(xué)特性和生長(zhǎng)機(jī)制的探索室溫下，用波長(zhǎng)為325nm光激發(fā)樣品表面，顯示出兩個(gè)明顯的藍(lán)光發(fā)光峰，分別位于411.5 nm和1437.6 nm。β-Ga2O3納米結(jié)構(gòu)發(fā)光機(jī)制可用空位的存在來(lái)解釋。在受激后，由鎵空位形成的受主上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空穴，對(duì)應(yīng)的由氧空位形成的施主上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電子，施主上的電子與受豐上的空穴復(fù)合就可以發(fā)射出一個(gè)藍(lán)光光子。有關(guān)的發(fā)光機(jī)制還在近一步的研究中。β-Ga2O3納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)制可歸結(jié)為氣體—固體(