一種氧化鎵納米線陣列及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種納米線陣列及其制備方法，具體是指一種氧化鎵納米線陣列及其制備方法。本發明是通過射頻磁控濺射技術在Si襯底上沉積一層金薄膜，然后將得到的金薄膜進行球化退火從而得到金顆粒，最后在金顆粒上生長Ga2O3納米線陣列。本發明的優點是：所制備的Ga2O3納米線陣列分布均勻，納米線的長徑比可控；另外，該制備方法具有工藝可控性強，操作簡單，普適性好等特點，有望在半導體納米線陣列器件中得到應用。
【專利說明】
一種氧化鎵納米線陣列及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種納米線陣列及其制備方法，具體是指一種氧化鎵納米線陣列及其制備方法。
技術背景
[0002]隨著信息微電子技術的發展，寬禁帶半導體以其優良的性能和較低的能耗越來越受到人們的關注。其中，氧化鎵是一種具有直接帶隙的寬禁帶半導體材料，其禁帶寬度為4.9eV，因其具有較高的禁帶寬度、較大的抗擊穿強度、優良的紫外透過性能而受到越來越多的科研人員的關注。
[0003]P-Ga2O3是一種具有深紫外特性的半導體材料，200nm的P-Ga2O3薄膜在紫外光區域能達到80%以上的透過率，彌補了傳統TCO材料在深紫外區域透過性低的缺點；而且因為比較寬的帶隙，0-Ga2O3能夠發出較短波長的光，在通過摻雜Mn、Cr、Er等稀土元素的情況下，還能夠用來制作深紫外光電器件。制備氧化鎵納米線陣列的方法主要有液相法和化學氣相沉積法。液相法容易引入雜質，對環境有污染，化學氣相沉積法制備的納米線與基體的附著力較差，容易脫落，而磁控濺射法可以克服前面方法的缺點，能夠獲得附著力好、納米線長徑比均一等優點。目前，利用磁控濺射沉積系統制備氧化鎵納米線陣列的方法很少報道。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術中的不足，提出了一種氧化鎵納米線陣列及其制備方法。
[0005]本發明的技術方案為:
[0006]—種氧化鎵納米線陣列，其特征在于由Ga203薄膜納米線陣列、金納米顆粒以及η型Si襯底組成。
[0007]如圖1所示為本發明方法設計的氧化鎵納米線陣列的示意圖，所述的Ga2O3納米線陣列的納米線的直徑為20-40nm，長度為400-600nm，所述的η型Si襯底作為制備Ga203納米線陣列的襯底，所述的金納米顆粒作為生長Ga203納米線陣列的催化劑，位于Ga203納米線陣列頂端，顆粒直徑為20_30nmo
[0008]—種氧化鎵納米線陣列的制備方法，其特征在于該方法具有如下步驟:
[0009]I)η型Si襯底預處理:將η型Si襯底放入V(HF): V(H2O2 ) = 1: 5的溶液中浸泡以去除自然氧化層，然后用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗，并真空干燥；
[0010]2)放置靶材和襯底:把金靶材和Ga2O3靶材分別放置在射頻磁控濺射系統的靶臺位置，將步驟I)處理后的η型Si襯底固定在樣品托上，放進真空腔；
[0011]3)金納米顆粒的制備過程:先將腔體抽真空，通入氬氣，調整真空腔內的壓強，打開金靶材射頻控制電源，在η型Si襯底上沉積一層金薄膜，然后關閉射頻電源，通入氧氣，加熱S1-Au襯底，對金薄膜進行原位球化退火，得到金納米顆粒;其中，金革E材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，濺射功率為20-30W，沉積時間為10-20秒，原位球化退火溫度為700 V，保溫0.5小時；
[0012]4)S1-Au-Ga203納米線陣列的制備過程:待步驟3)球化退火完成后，打開Ga2O3靶材射頻控制電源，繼續在S1-Au襯底上沉積Ga203納米線陣列，最后，關閉Ga203革E材射頻控制電源，對S1-Au-Ga203進行原位退火，得到Ga203納米線陣列；其中，Ga203革El材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，濺射功率為60-90W，沉積時間為1-2小時，原位退火溫度為700°C，保溫0.5小時；
[0013]優選的，所述的步驟3)中，通入氬氣后，真空腔的壓強為0.8Pa，通入氧氣后，真空腔的壓強調整為103Pa。
[0014]優選的，所述的步驟3)中,Al2O3-Au襯底的加熱溫度為700°C。
[0015]本發明的優點:
[0016]1、本發明所制備的Ga2O3納米線陣列分布均勻，納米線的長徑比可控；
[0017]2、本發明的制備方法具有工藝可控性強，操作簡單，重復性好，普適性好等特點，有望在半導體納米線陣列器件中得到應用；
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明方法設計的氧化鎵納米線陣列的示意圖。
[0019]圖2是用本發明方法制得的S1-Au納米顆粒的掃描電鏡(SEM)照片。
[0020]圖3是用本發明方法制得的氧化鎵納米線陣列截面的掃描電鏡(SEM)照片。圖4用本發明方法制得的氧化鎵納米線陣列的X射線衍射(XRD)譜圖。
【具體實施方式】
[0021 ]以下結合實例進一步說明本發明。
[0022]實施例1
[0023]步驟如下:
[0024]I)η型Si襯底預處理:將η型Si襯底放入V(HF): V(H2O2) = 1: 5的溶液中浸泡以去除自然氧化層，然后用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗，并真空干燥；
[0025]2)放置靶材和襯底:把金靶材和Ga2O3靶材分別放置在射頻磁控濺射系統的靶臺位置，將步驟I)處理后的η型Si襯底固定在樣品托上，放進真空腔；
[0026]3)金納米顆粒的制備過程:先將腔體抽真空，通入氬氣，調整真空腔內的壓強，打開金靶材射頻控制電源，在η型Si襯底上沉積一層金薄膜，然后關閉射頻電源，通入氧氣，加熱S1-Au襯底，對金薄膜進行原位球化退火，得到金納米顆粒;其中，金革E材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，通入氬氣后，真空腔的壓強為0.8Pa，通入氧氣后，真空腔的壓強調整為13Pa，濺射功率為20W，沉積時間為20秒，原位球化退火溫度為700 V，保溫0.5小時；
[0027]4)S1-Au-Ga203納米線陣列的制備過程:待步驟3)球化退火完成后，打開Ga2O3靶材射頻控制電源，繼續在S1-Au襯底上沉積Ga203納米線陣列，最后，關閉Ga203革E材射頻控制電源，對S1-Au-Ga203進行原位退火，得到Ga203納米線陣列；其中，Ga203革El材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，真空腔調整后的壓強為0.8Pa，Al203-Au襯底的加熱溫度為700°C，濺射功率為60W，沉積時間為I小時，原位退火溫度為7000C，保溫0.5小時；
[0028]將步驟(3)中所得S1-Au襯底放進掃描電鏡SEM中觀察，發現薄膜表面的金納米顆粒均勻分布，顆粒直徑為20-30nm左右(如圖2)。圖3為步驟(4)中所得Ga2O3納米線陣列，從圖中看出，氧化鎵納米線的直徑為20-40nm，長度為400-600nm。將步驟(4)中所得Ga203納米線陣列在X射線衍射儀中掃描，結果如圖4中XRD譜圖所示，顯示了 P-Ga2O3的(_511)，( 510)，(402)，(-603)，(-221)以及金納米顆粒(111)，(200)特征晶面衍射峰，表明所得納米線為β-Ga2O3納米線陣列，并且金納米顆粒在退火過程中有部分被高溫蒸發后凝結在納米線的頂端。
[0029]實施例2
[0030]步驟(I)和(2)均與實施例1相同。步驟(3)中先將腔體抽真空，通入氬氣，調整真空腔內的壓強，打開金靶材射頻控制電源，在η型Si襯底上沉積一層金薄膜，然后關閉射頻電源，通入氧氣，加熱S1-Au襯底，對金薄膜進行原位球化退火，得到金納米顆粒;其中，金革巴材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，通入氬氣后，真空腔的壓強為0.8Pa，通入氧氣后，真空腔的壓強調整為13Pa,濺射功率為20W，沉積時間為10秒，原位球化退火溫度為700°C，保溫
0.5小時。待步驟3)球化退火完成后，打開Ga2O3靶材射頻控制電源，繼續在S1-Au襯底上沉積Ga203納米線陣列，最后，關閉Ga203革E材射頻控制電源，對S1-Au-Ga203進行原位退火，得到Ga2O3納米線陣列；其中，Ga2O3靶材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，真空腔調整后的壓強為0.8Pa，濺射功率為70W，沉積時間為I小時，原位退火溫度為700 V，保溫0.5小時；所得Ga2O3納米線陣列的化學成分和形貌結構均與實例I類似。
[0031]實施例3
[0032]步驟(I)和(2)均與實施例1相同。步驟(3)中先將腔體抽真空，通入氬氣，調整真空腔內的壓強，打開金靶材射頻控制電源，在η型Si襯底上沉積一層金薄膜，然后關閉射頻電源，通入氧氣，加熱S1-Au襯底，對金薄膜進行原位球化退火，得到金納米顆粒;其中，金革巴材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，通入氬氣后，真空腔的壓強為0.8Pa，通入氧氣后，真空腔的壓強調整為13Pa,濺射功率為30W，沉積時間為10秒，原位球化退火溫度為700°C，保溫
0.5小時。待步驟3)球化退火完成后，打開Ga2O3靶材射頻控制電源，繼續在S1-Au襯底上沉積Ga203納米線陣列，最后，關閉Ga203革E材射頻控制電源，對S1-Au-Ga203進行原位退火，得到Ga2O3納米線陣列；其中，Ga2O3靶材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，真空腔調整后的壓強為0.8Pa，濺射功率為60W，沉積時間為I小時，原位退火溫度為700 V，保溫0.5小時；所得Ga2O3納米線陣列的化學成分和形貌結構均與實例I類似。
[0033]實施例4
[0034]步驟(I)和(2)均與實施例1相同。步驟(3)中先將腔體抽真空，通入氬氣，調整真空腔內的壓強，打開金靶材射頻控制電源，在η型Si襯底上沉積一層金薄膜，然后關閉射頻電源，通入氧氣，加熱S1-Au襯底，對金薄膜進行原位球化退火，得到金納米顆粒;其中，金革巴材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，通入氬氣后，真空腔的壓強為0.8Pa，通入氧氣后，真空腔的壓強調整為13Pa,濺射功率為10W，沉積時間為30秒，原位球化退火溫度為700°C，保溫
0.5小時。待步驟3)球化退火完成后，打開Ga2O3靶材射頻控制電源，繼續在S1-Au襯底上沉積Ga203納米線陣列，最后，關閉Ga203革E材射頻控制電源，對S1-Au-Ga203進行原位退火，得到Ga2O3納米線陣列；其中，Ga2O3靶材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，真空腔調整后的壓強為0.8Pa，濺射功率為90W，沉積時間為I小時，原位退火溫度為700 V，保溫0.5小時；所得Ga2O3納米線陣列的化學成分和形貌結構均與實例I類似。
【主權項】
1.一種氧化鎵納米線陣列，其特征在于由Ga203薄膜納米線陣列、金納米顆粒以及η型Si襯底組成。2.根據權利要求1所述的一種氧化鎵納米線陣列，其特征在于所述的Ga2O3納米線陣列的納米線的直徑為20-40nm，長度為400-600nm，所述的η型Si襯底作為制備Ga203納米線陣列的襯底，所述的金納米顆粒作為生長Ga203納米線陣列的催化劑，位于Ga203納米線陣列頂端，顆粒直徑為20-30nmo3.—種氧化鎵納米線陣列的制備方法，其特征在于該方法具有如下步驟: 1)n型Si襯底預處理:將η型Si襯底放入V(HF)=V(H2O2) = 1:5的溶液中浸泡以去除自然氧化層，然后用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗，并真空干燥； 2)放置靶材和襯底:把金靶材和Ga2O3靶材分別放置在射頻磁控濺射系統的靶臺位置，將步驟I)處理后的η型Si襯底固定在樣品托上，放進真空腔； 3)金納米顆粒的制備過程:先將腔體抽真空，通入氬氣，調整真空腔內的壓強，打開金靶材射頻控制電源，在η型Si襯底上沉積一層金薄膜，然后關閉射頻電源，通入氧氣，加熱S1-Au襯底，對金薄膜進行原位球化退火，得到金納米顆粒;其中，金革E材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，濺射功率為20-30W，沉積時間為10-20秒，原位球化退火溫度為700 V，保溫0.5小時； 4)S1-Au-Ga203納米線陣列的制備過程:待步驟3)球化退火完成后，打開Ga203革E材射頻控制電源，繼續在S1-Au襯底上沉積Ga203納米線陣列，最后，關閉Ga203革E材射頻控制電源，對S1-Au-Ga203進行原位退火，得到Ga203納米線陣列；其中，Ga203革El材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，濺射功率為60-90W，沉積時間為1-2小時，原位退火溫度為700 °C，保溫0.5小時。4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的步驟3)中，通入氬氣后，真空腔的壓強為0.8Pa，通入氧氣后，真空腔的壓強調整為103Pa，Al2O3-Au襯底的加熱溫度為700Γ。
【文檔編號】C23C14/35GK105826362SQ201610143013
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月13日
【發明人】陳烈裕, 錢銀平, 王坤, 李小云, 王順利, 李培剛
【申請人】浙江理工大學