[发明专利]激光脉冲沉积技术制备氮化镓纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明为利用激光脉冲沉积技术制备氮化镓纳米线的方法，属于无机化合物半导体材料的制取与生成方法的技术领域。 

背景技术

氮化镓（GaN）是直接宽带隙半导体材料，其禁带宽度约为3.4eV，具有低的电子亲和势（2.7eV），另外GaN晶体极其稳定，具有高硬度、高熔点、高电离度、抗常规腐蚀等优异特性，在场发射平板显示器、蓝光激光器及发光二级管等纳米级光电器件方面有着广泛的应用前景。例如，2012年初，在法国一家研究公司的名为《2012年GaN市场》报告中预测，GaN基电子器件市场总值2012年将为1000万美元，2013年增长至5000万美元，到2019年可能会超过10亿美元。 

与体材料相比，低维纳米材料具有大的体表面积，以及小尺寸效应和量子效应等特性，在光、电、热及化学等方面具有截然不同的性能。而与二维或三维纳米材料相比，一维纳米结构材料在很多方面都有着更加优越的特性，例如一维纳米材料是实现高效的电子运输和光子发射的优异结构。 

因此，几何形貌、化学成分及结晶性可控的一维纳米结构材料在研究材料结构与性能的关系，以及此方面的器件应用中有着重要的地位。一维GaN纳米结构的制备以及研究，为实现GaN自身优异性能和一维纳米结构特殊性能的完美结合提供了可能。 

发明内容

本发明的目的是采用激光脉冲沉积系统制备氮化镓纳米线，以氮化镓粉靶为原料，以沉积了金膜的硅板为衬底，无任何气体参与反应，在设备腔体中直接反应，生成实心、线形的氮化镓纳米线，生成的纳米线密度均匀，直径变化范围小，定向性好，大部分垂直衬底生长。 

本发明的目的是采用激光脉冲沉积技术制备氮化镓纳米线，包括以下步骤： 

（1）GaN粉体通过掺胶、研磨，通过80目网筛后压片，在560℃煅烧2小时，烧制成粉靶。 

（2）将清洗烘干后的硅片在SBC-12小型离子溅射仪沉积5-60s，在硅片表面沉积一层金膜（厚度约为5-40nm）作为催化剂。 

（3）采用以上方法制备的GaN粉靶和衬底，利用激光脉冲沉积法：反应压强2x10^-3Pa，衬底温度850℃，激光能量380mJ/Pulse，激光频率6Hz，沉积时间为10min-60min。 

对制备生成的实心、线形氮化镓纳米线的形貌、结构、成分、线形长度、直径、场发射性能进行检测、分析、对比，使用X射线衍射仪进行氮化镓物相分析，使用场发射扫描电子显微镜进行氮化镓纳米线形貌分析，使用场发射测试系统进行氮化镓场发射性能测试。 

本发明具有如下优点和有益效果： 

（1）本发明只利用一种原料，制备出了氮化镓纳米线，其直径为80nm-150nm，长度为300-850nm。 

（2）本发明制备的GaN纳米线密度均有，定向性良好。 

附图说明

图1为实施例1制备的氮化镓纳米线的SEM图谱； 

图2为实施例2制备的氮化镓纳米线的SEM图谱； 

图3为实施例3制备的氮化镓纳米线的XRD图谱； 

图4为实施例3制备的氮化镓纳米线的SEM图谱； 

图5为实施例4制备的氮化镓纳米线的SEM图谱； 

图6为采用本发明实施例1制备的阴极结构制备的场发射电流密度图谱。 

具体实施方式：

下面通过实施例对本发明做进一步说明，本发明绝非局限于所陈述的实施例。 

实施例1 

（1）GaN粉体通过掺胶、研磨，通过80目网筛后压片，在560℃煅烧2小时，烧制成粉靶。 

（2）将清洗烘干后的硅片在SBC-12小型离子溅射仪沉积10s,得到表面有厚度约为10nm金膜的衬底。 

（3）采用以上方法制备的GaN粉靶和衬底，利用激光脉冲沉积法：反应压强2x10^-3Pa，衬底温度850℃，激光能量380mJ/Pulse，激光频率6Hz，沉积时间为10min。 

实施例2 

（1）GaN粉体通过掺胶、研磨，通过80目网筛后压片，在560℃煅烧2小时，烧制成粉靶。 

（2）将清洗烘干后的硅片在SBC-12小型离子溅射仪沉积10s,得到表面有厚度约为10nm金膜的衬底。 

（3）采用以上方法制备的GaN粉靶和衬底，利用激光脉冲沉积法：反应压强2x10^-3Pa，衬底温度850℃，激光能量380mJ/Pulse，激光频率6Hz，沉积时间为20min。