[發明專利]一種氮化鎵納米線及其制備方法

有效

• 申請號: 201210143302.5
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN103387213A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 楊蓉;張營;王琛
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C01B21/06
• 分類號: C01B21/06;B82Y40/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王浩然;周建秋

技術領域

本發明涉及一種氮化鎵納米線及其制備方法。

背景技術

氮化鎵作為研制微電子器件、光電子器件的新型材料，具有寬的直接帶隙、強的原子鍵、高的熱導率、化學穩定性好等性質，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景。氮化鎵納米線自從被制備以來，被用作各種納米器件的結構單元，例如發光二極管、場效應管、納米激光器、納米發電機等等。相比于硅納米線和碳納米管，氮化鎵納米線在應用中具有以下優勢：（一）化學性質穩定、工作溫度高、耐酸堿腐蝕；（二）不經摻雜的氮化鎵納米線即為n型半導體，且電子遷移速率不易飽和；（三）具有理想的發光和光波導能力，為納米電學器件和納米光學器件的結合提供可能性；（四）以氮化鎵為基礎所形成的三元化合物體系帶隙可調。

由于納米線的表面原子數占總原子數的比例非常大，因而表面原子受電磁場的影響尤為顯著，因此控制納米線的表面形貌尤為重要。

同時，具有周期性結構的氮化鎵納米線在研究電子輸運、光波導和納米材料的力學性質等方面都有著獨特的優勢。電子輸運方面，周期性結構的引入在納米線電子輸運的路徑中提供了周期性的散射；同時，由于表面原子占總原子數的比例極大，外界電磁場對納米線表面影響也會很大，從而對納米線中的電子輸運形成納米尺度的周期性電磁場影響；與此相類似的，由于周期性結構中每個重復單元的各個部位所受內應力差別較大，而不同應力狀態的半導體帶隙不同，故而在具有周期性結構的納米線中會產生兩種或兩種以上的帶隙交替出現，形成天然的量子阱結構，為研究其量子效應提供了便利。光波導方面，由于氮化鎵是一種光波導性質優異的半導體材料，其表面的周期性起伏意味著半導體材料和空氣介質的界面的取向周期性變化，從而影響光的傳播過程，因此具有周期性結構氮化鎵納米線有助于研究納米尺度下光的傳播性質；力學性質方面，由于具有周期性納米結構的氮化鎵納米線中存在著生長過程中不可避免引入的內應力，因而為研究納米尺度下周期性內應力對納米線力學性質的影響提供了理想的原材料。

目前氮化鎵納米線的生長方法有：激光輔助化學氣相沉積法、模板輔助化學氣相沉積法、金屬有機化學氣相沉積法、分子束外延生長法等等，而這些生長方法一般只能制備出平直的、非周期性的的氮化鎵納米線而不能制備出具有周期性結構的氮化鎵納米線。

發明內容

本發明的目的為提供一種具有周期性結構的氮化鎵納米線及其制備方法。

本發明的發明人經過長期深入的研究，發現在制備氮化鎵納米線的過程中，通過在常壓下，將單質鎵、氧化鎵與含有氨氣的氣體在負載有制備氮化鎵納米線的催化劑的襯底上進行化學氣相沉積，可以使得制備得到的氮化鎵納米線具有周期性結構?；诖税l現，完成了本發明。

為了實現前述發明目的，本發明提供了一種制備氮化鎵納米線的方法，其中，該方法包括：在常壓下，將單質鎵、氧化鎵與含有氨氣的氣體在負載有制備氮化鎵納米線的催化劑的襯底上進行化學氣相沉積。

本發明提供了一種由本發明的方法制備得到的氮化鎵納米線。

采用本發明的方法制備得到的氮化鎵納米線具有周期性結構，并且形貌、尺寸可控。

與現有技術相比，本發明具有以下幾個優點：

1、本發明的方法可以制備出具有形貌、尺寸可控的具有周期性結構的氮化鎵納米線，并且本發明的方法制備得到的氮化鎵納米線缺陷少，結晶性好。本發明制備得到的具有周期性結構的氮化鎵納米線相比于以往所制備的無周期性結構的、外表面平直的氮化鎵納米線的暴露面更加豐富，光電性質得到改善，在微納光電子器件的研究和應用中有廣泛的潛在應用價值。

2、本發明的方法簡單且易于操作，并且本發明的方法在常壓下進行，由此使得本發明的方法在簡單的設備中即能進行，而無需采用以往方法中所必須的高真空設備。

本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1為本發明實施例1所制備的氮化鎵納米線的掃描電子顯微鏡圖；

圖2為本發明實施例1所制備的具有周期性結構的氮化鎵納米線的透射電子顯微鏡圖；

圖3為本發明實施例1所制備的具有周期性結構的氮化鎵納米線的選區電子衍射圖；

圖4為本發明實施例1所制備的具有周期性結構的氮化鎵納米線的X-射線衍射圖；