[发明专利]钨辅助热退火制备氮化镓纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钨辅助热退火制备氮化镓(GaN)纳米线的制备方法。旨在制作高质量、高横纵比的GaN纳米线，属于材料制备技术领域。

背景技术

低维结构半导体材料由于量子效应而表现出许多优良特性，引起了人们极大的研究热情。由于量子尺寸的限制效应，量子线材料电子能量状态呈现类似原子分裂的V形、T形或斜T形能级结构。由于能级的分立状况，量子线材料更容易达到激光所必需的粒子数反转要求，故适合于制作激光器。同时，用量子线制作激光器。由于量子限制效应，将使激光器的阈值电流密度降低，提高直接调制速度，降低阈值电流对温度的敏感度。利用量子线控制杂质散射的原理，可以制成量子线沟道场效应晶体管，单模量子线可以用来制作量子干涉场效应晶体管和布喇格反射量子干涉场效应晶体管等电子干涉效应器件。

对于纳米线的性质研究主要在于其电学和热学的输运特性等，而对于超薄超细纳米谐振梁的研究则主要着眼于纳米结构特殊的机械特性。此外，由于各种材料在微小尺度下表现出来的特殊的物理性质比如表面效应，经典尺寸效应以及量子尺度效应等，越来越受到学术界和产业界的重视。人们已经在探讨纳米结构器件在气体传感，微小质量检测等方面的应用，各种结构的纳米谐振器也被制作出来，对于纳米结构各项不同于体材料的性质也在不停的进行中。GaN纳米线由于其禁带宽度大，且作为直隙半导体，适合于制作紫外和蓝色的发光器件、探测器、高速场发射晶体管和高温微电子器件等【S.N.Mohammad et al.Quantum Electron.20，361，1996】【H.Morkoc.and S.N.Mohammad，Science 267，51，1995】【G.Fasol，ibid.272，1751，1996】；【F.A.Ponceand D.P.Bour，Nature，368，351，1997】【J.R.Kim，et al.Appl.Phys.Lett.80，3548，2002】

GaN纳米线材料生长工艺的报道非常多，有MBE(分子束外延)生长技术、MOCVD(金属有机化学气相沉积)生长技术以及化学溶剂法和氨热法等生长技术。但绝大多数GaN纳米线研究者用的方法是化学气相沉积(CVD)方法。CVD法一般是由气体携带各种反应源材料到衬底上方，并在一定条件下反应生成所需的半导体材料。清华大学的范守善教授等利用碳纳米管限制反应的CVD技术第一个合成了生长GaN纳米线【Han Wei qiang et al，Science 277，287，1997】。Kim TY等采用立式CVD法合成生长GaN纳米线材料在施加1200V的电压时可以获得来自GaN纳米线场发射的1μA的电子电流【Kim T Y et al，J.Crys.Grow，257，97，2003】。Peng H Y等用简单的热丝CVD法研制GaN纳米线得到了直径为5～12nm和长度为几个微米的GaN纳米线。该GaN纳米线具有很高的纯度，其PL谱具有宽的发射峰，谱峰中心在420nm处【Peng H Y et al，Chem.Phys.Lett 327，263，2000】。Zhang Jun等用简单的化学CVD方法研制GaN纳米线，得到了直径为40～50nm和长度为几百个微米的GaN纳米线，且该纳米线具有GaN的六方纤锌矿结构【Zhang Junet al，Chem.Phys.Lett 383，423，2004】。Chen C C等用二步催化反应化学CVD法合成生长GaN纳米线，得到了高质量的GaN纳米线材料，并且在场致发射器件中得到应用【Chen C C et al.J.Phys.Chem.Solids 62，577，2001】。Zhou SM等用等离子体增强化学CVD设备研制GaN纳米线材料，得到了直径为30nm和长度为几百个微米的GaN纳米线【Zhou S M et al.Chem.Phys.Lett369，210，2003】。Cheng G S等用铝模板的化学CVD法研制出了具有高取向的GaN纳米线【Cheng G S et al.Mater.Sci.Eng：A 286，165，2000】。Yang Ying Ge等用磁控溅射设备研制GaN纳米线，在生长的GaN纳米线中可以观察到具有很强的蓝光PL谱【Yang Ying Ge et al.Phys.B 334，287，2003】。