[发明专利]一种CVD法生成氧化镓纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种以砷化镓为镓源用CVD法生成氧化镓纳米片及其制备方法和应用，涉及半导体材料技术领域。该制备方法，包括以下步骤：在衬底上制备金纳米颗粒；将砷化镓粉体及所述衬底相隔置于单开口的耐高温长条形容器内，所述衬底距离所述砷化镓粉体之间的距离为15～17cm；在真空条件下，通入氢气和惰性气体的混合气体后，进行加热，当管式炉内位于所述砷化镓粉体处的温度为900～950℃时，保温1.5～2h，即在所述衬底上制得所述氧化镓纳米片。本发明采用砷化镓为镓源，用单温区管式炉烧制氧化镓纳米片，只需通入一种氢氩混合气，且真空度只需维持在300Pa左右，制备出的氧化镓纳米片表面光滑，纳米片厚度约为10nm左右，且厚度均匀，可重复性高。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种以砷化镓为镓源用CVD法生成氧化镓纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

随着半导体行业的迅速发展，半导体材料的应用范围和需求量逐年增加，其中宽禁带半导体材料在大功率半导体器件，紫外探测，紫外通讯方面发挥着重要的作用。氧化镓作为第三代宽禁带半导体材料，由于其超宽带隙、高击穿场强等优点，广泛应用于大功率器件等领域，是目前人们研究的重点对象。其中，氧化镓纳米片材料作为二维材料，通过进行局部掺杂或与其它二维材料进行复合可以用于光电器件元器件的制备。有助于对二维氧化镓材料掺杂的物理机制、内部电子气的物理性质、器件的制备工艺等基础问题进行深入研究。氧化镓纳米片目前的制备方法主要包括金属化学气相沉积、化学气相沉积法等。但是，金属化学气相沉积法制备氧化镓纳米片所需的设备价格昂贵，普通机构很难承担；化学气相法制备的氧化镓纳米片厚度不均匀且缺陷较多，且过程较复杂重复性较差。而管式炉制备氧化镓纳米片，大多以金属镓或氧化镓为镓源，制备过程较复杂，需要通入氧气，且对通入的氧气量，烧制过程的真空度有较严格的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术中存在的不足，本发明提供的一种化学气相沉积(CVD)法生成氧化镓(Ga₂O₃)纳米片及其制备方法和应用。本发明采用砷化镓为镓源，用单温区管式炉烧制氧化镓纳米片，只需通入一种氢氩混合气，且真空度只需维持在300Pa左右，制备出的氧化镓纳米片表面光滑，纳米片厚度均匀且仅为10nm左右，材料纯度高生长质量优异，可重复性高。

本发明第一个目的是提供一种CVD法生成氧化镓纳米片的制备方法，包括以下步骤：

在衬底上制备金纳米颗粒；

将砷化镓粉体及所述衬底相隔置于单开口的耐高温长条形容器内，所述衬底置于靠近所述长条形容器开口的一侧，所述衬底将覆有金纳米颗粒的一侧朝向所述砷化镓粉体的一侧倾斜设置；其中，所述衬底距离所述砷化镓粉体之间的距离为15～17cm；

随后将所述长条形容器置于管式炉中，并将所述长条形容器的开口端朝向所述管式炉的出气口，同时将长条形容器位于所述砷化镓粉体放置的部分处置于所述管式炉的中间热源处，在真空条件下，通入氢气和惰性气体的混合气体后，进行加热，当管式炉内位于所述砷化镓粉体处的温度为900～950℃时，保温1.5～2h，即在所述衬底上制得所述氧化镓纳米片。

优选的，所述长条形容器为石英玻璃管或者瓷舟，其中，所述瓷舟的顶部用瓷片将封住，并在顶部一侧留有开口。

优选的，所述金纳米颗粒的直径为100～150nm。

优选的，所述氢气占混合气体中体积的5～10％。

更优选的，所述混合气体的流量为5～15sccm。

优选的，所述管式炉为单温区管式炉。

优选的，向衬底上制备金纳米颗粒是按照以下步骤而制得：

采用真空镀膜仪，在衬底上镀层金纳米薄膜，随后将镀有金纳米薄膜的衬底于真空条件下，在温度为500℃退火8～12min，然后自然冷却到室温，即得硅衬底上制备的金纳米颗粒。