氮化鎵納米顆粒的制備及性質(zhì)研究.pdf

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

2、著重要的作用，對(duì)材料的光學(xué)和電學(xué)特性產(chǎn)牛了重要的影響。低維材料體系的電予結(jié)構(gòu)已被廣泛、深入地研究。隨著材料體系尺寸減小到聲予波長(zhǎng)的尺度，聲了限制效應(yīng)開(kāi)始出現(xiàn)。與聲子限制效應(yīng)相關(guān)的拉曼紅移已有定量的物理模型解釋，而與聲了限制效應(yīng)相關(guān)聯(lián)的紅外吸收藍(lán)移還沒(méi)有準(zhǔn)確、定量的物理模型說(shuō)明這一現(xiàn)象。已有的研究更多地將GaN納米顆粒紅外吸收藍(lán)移定性地歸于缺陷所引起。我們的研究工作是通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(duì)GaN納米材料體系聲子限制效應(yīng)的紅外吸收藍(lán)移進(jìn)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(chǔ)上，通過(guò)高溫氧化GaN粉末，控制不同的氧化時(shí)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(jié)構(gòu)；最后，以不同尺寸GaN納米顆粒的拉曼和紅外光譜作為依據(jù)，分析研究了表面張力在GaN納米顆粒紅外藍(lán)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(guò)程中，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)60分鐘后，xRD結(jié)果表明樣品中GaN衍射峰不再變化。但XPS結(jié)果顯示，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在90分鐘芹右時(shí)樣品表面G

5、a和N的化學(xué)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(yīng)分析確定其氧化退火溫度為800℃，氧化退火時(shí)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(shí)。樣品XRD測(cè)試結(jié)果表明：隨氧化退火時(shí)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(jié)構(gòu)。拉曼光譜的測(cè)試結(jié)果表明：氧化15分鐘，25分鐘和45分鐘的樣品相對(duì)未氧化的GaN粉末光譜峰出現(xiàn)紅移，其紅移量分別為1cm<'-1>，2 cm<'-1>和4 cm<'-1>，說(shuō)明隨氧化時(shí)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(duì)未氧化GaN粉末的紅外吸收譜峰出現(xiàn)藍(lán)移，藍(lán)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(jié)構(gòu)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(cè)試結(jié)果表明，已制備得到Ga<,2>O<,3>-GaN-Ca<,2>O<,3>殼層GaN納米結(jié)構(gòu)。 4、依據(jù)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