[發明專利]一種基于GaN-Ga2O3核殼結構納米線半導體氣敏材料

無效

• 申請號: 201310016593.6
• 申請日: 2013-01-16
• 公開（公告）號: CN103105421A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 李曉干;劉麗鵬;黃輝;王兢;朱慧超;唐禎安;閆衛平
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于電子氣敏器件技術領域，涉及到一種基于GaN-Ga₂O₃核殼結構納米線半導體氣敏材料。

背景技術

Ga₂O₃是一種良好的半導體金屬氧化物氣敏材料，對O₂，H₂以及各種碳氫化合物氣體都有良好的響應。一般情況下，該類氣敏材料的顆粒尺寸越小，對檢測氣體的響應靈敏度就越高。Ga₂O₃主要的納米結構包括納米顆粒和納米線。Ga₂O₃的納米顆粒的粒徑可以達到10-20nm，接近德拜表面耗盡尺寸，從而可以獲得很大的感應信號。但由于納米顆粒很小，具有很大的活潑性比表面積，在高溫使用或其他類似的環境下長期使用很容易發生團聚，導致傳感器性能的穩定性和信號重復性變差。而具有一維結構的單根Ga₂O₃納米線雖然可以克服上述顆粒團聚的問題并保持傳感器的高靈敏度，但在現有工藝條件下，獲得5-20nm直徑的Ga₂O₃納米線對工藝要求很高，從而導致傳感器的成本大大增加。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于GaN-Ga₂O₃核殼結構的納米線電阻型氣敏材料。本發明要解決的技術問題是將工藝上容易獲取的直徑在100-500nm的GaN納米線，經過熱氧化的方法，控制GaN納米線的淺層表面氧化條件，將GaN納米線表面層轉化為厚度在5-20nm的Ga₂O₃，從而獲得具有核殼結構的GaN-Ga₂O₃納米線。

本發明的技術方案是：用MOCVD的方法制備直徑為50-500?nm，長度為3-50微米的GaN納米線；然后在高溫通O₂的氛圍下，用熱氧化的方法將GaN納米線表層氧化轉化成一層5-20nm的Ga₂O₃氣敏材料。附圖1給出了具有核殼結構的GaN-Ga₂O₃納米線結構圖。利用微操縱器將其中一根核殼結構納米線置于兩個金平行電極上，組裝成半導體電阻型傳感器。附圖2給出了組裝之后的傳感器結構示意圖。

本發明的效果和益處是：載體核納米線尺寸易于制備，而外層氧化獲得的Ga₂O₃敏感材料厚度為5-20nm，接近德拜耗盡層的尺寸，從而可以獲得對氣體響應的高靈敏度，解決了直接制備直徑為5-20nm?Ga₂O₃納米線的技術問題，可進一步降低制備費用，節省成本。

附圖說明

附圖1是具有核殼結構的GaN-Ga₂O₃納米線結構示意圖。

圖中：?1?5-20nm厚的Ga₂O₃層；2?GaN納米線核。

附圖2是組裝之后的傳感器結構示意圖。

圖中：3?核殼GaN-Ga₂O₃納米線；4兩個平行金電極；5電絕緣襯底。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施方式。

MOCVD制備核殼納米線敏感材料：以Si晶片作為襯底，首先在襯底上面濺射一層1-5nm的金屬Ni，然后將晶片置于反應器的石英舟內，分別以NH₃作為氮源，三甲基鎵作為鎵源，在900^oC高溫通H₂的條件下生長5-30min，得到直徑50-500?nm，長度為3-50微米的GaN納米線；然后將所得納米線在?200?^oC到1000?^oC高溫通O₂氛圍下進行氧化，合理控制O₂濃度和氧化時間，在GaN納米線的外圍生長一層厚度為5-20nm的Ga₂O₃層，得到具有核殼結構GaN-Ga₂O₃的納米線氣敏材料。

氣敏性能測試：利用微操縱器將所制備的一根核殼結構納米線置于兩個金平行電極上，組裝成半導體電阻型傳感器。將傳感器交替置于背景氣體和不同濃度的待測氣體如O₂，H₂，NH₃，H₂S，氮氧化物，各種碳氫化合物氣體以及氨氣等神經元有害氣體中，測量兩個金電極之間核殼外層Ga₂O₃層的電阻值作為傳感器的感應信號。