[发明专利]制备笋形GaN纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备方法技术领域，具体涉及一种用CVD法制备笋形GaN纳米线的方法。

背景技术

从上世纪90年代碳纳米管的发现开始，一维纳米材料成了人们研究的热点之一。从基础科学的角度看，纳米材料的力、热、电、光、磁等性质，与传统块体材料有很大差异，其研究具有丰富的科学内容和重要的科学价值。从技术应用的角度看，电子信息技术的突飞猛进，对器件的微型化、灵敏度、集成度提出了更高的要求，器件的基本组成单元特征尺寸已经到了纳米量级，达到了传统材料和器件的制备、加工、构造的极限，必须要有新的基于纳米材料体系的科学技术才能解决这一问题。一维纳米材料是二十一世纪科研新的立足点，有望成为未来纳米器件的关键组成，其可控生长是其器件化的关键科学技术问题之一。

特殊几何形貌的GaN纳米线可能会具有独特的光学和电学性能，因此备受关注。目前也有一些研究制备特殊形貌GaN纳米线的文献，但是还没有制备笋形GaN纳米线的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备笋形GaN纳米线的方法，该方法制备的笋形GaN纳米线具有优良的发光和场发射特性。

本发明的技术方案是，制备笋形GaN纳米线的方法，将附有Pt纳米颗粒的硅片放入清洁的石英舟内，使Si衬底相对于前躯体粉末在石英舟中的位置位于气流的下游，然后将石英舟置于电阻炉的恒温区，向炉腔内第一次通入氮气，以赶出残余的空气；然后，使电阻炉的温度升到设定温度，向炉腔内通入氨气后，第二次通入氮气排除多余的氨气，在硅衬底上得到GaN纳米线。

本发明的特点还在于：

前躯体氧化镓粉末与硅衬底的距离为1cm左右；

向炉腔内通入氮气的流量为500sccm(即mL/min)；

电阻炉的设定温度为1000、1050、1100℃，以10℃/min的速率升温到设定温度。

向炉腔内分别通入氨气的流量依次为200、250、300sccm。

第二次通入氮气的流量为500sccm。

向炉腔内通入氨气和第二次通入氮气的时间间隔为15到25min。

待炉内温度降至700℃，保持30min，最后自然冷却至室温。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明以Ga₂O₃为镓源、氨气为氮源、Pt为催化剂，用CVD法在特定的工艺条件下，在硅衬底上制备出笋形六方纤锌矿单晶GaN纳米线，具有优良的光学和电学特性。

2、本发明制备的笋形GaN纳米线是高质量的单晶六方GaN结构，且纳米线沿着（0001）晶向生长；场发射增强因子为646，能应用于场发射器件和真空微电子器件；发光峰位于364nm，可用作发光材料。

附图说明

图1是本发明制备的笋形GaN纳米线的扫描电子显微镜（SEM）图像；

图2是本发明制备的笋形GaN纳米线的X射线衍射（XRD）图谱；

图3是本发明制备的单根笋形GaN纳米线的透射电子显微镜（TEM）图像；

图4是本发明制备的笋形GaN纳米线的高分辨透射电镜（HRTEM）图像，插图为相应的选取电子衍射（SAED）图像；

图5是本发明制备的笋形GaN纳米线的场发射性能测试J-E图，插图为F-N图；

图6是本发明制备的笋形GaN纳米线的拉曼光谱；

图7是本发明制备的笋形GaN纳米线的光致发光（PL）谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明以Ga₂O₃为镓源、氨气为氮源、Pt为催化剂，用CVD法在硅衬底上制备笋形制备GaN纳米线。合成纳米线的工艺过程中，发现影响合成笋形GaN纳米线的主要工艺参数是：（1）氨气流量；（2）氨化时间；（3）氨化温度。