[发明专利]氧化镓纳米管及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氧化镓纳米管及其制备方法和应用。所述制备方法包括：在衬底上设置催化剂，并利用所述催化剂在衬底上生长形成氧化镓纳米线；去除氧化镓纳米线顶端的催化剂，或者，使氧化镓纳米线顶部的催化剂在纳米线生长过程中被自然耗尽；在氧化镓纳米线顶端面中央位置设置金属镓，其后通过金属镓与氧化镓的自反应腐蚀使氧化镓纳米线内部被腐蚀，从而获得内部中空的氧化镓纳米管。本发明实施例提供的一种氧化镓纳米管的制备方法，利用镓自反应腐蚀技术实现了垂直于衬底表面的高晶体质量纳米管阵列的制备，避免了其他材料对纳米管的污染，此氧化镓纳米管可应用于紫外光电子、气体探测或吸附等领域。

技术领域

本发明涉及一种氧化镓纳米管的制备方法，特别涉及一种氧化镓纳米管及其制备方法和应用，属于半导体技术领域。

背景技术

随着半导体技术的发展，超宽禁带半导体—氧化镓(Ga₂O₃)凭借其优异的材料与器件特性而成为了研究新宠。在氧化镓材料的五种同分异构体(α，β，ε，δ，γ)中，β相是最稳定的一种构型。β相的氧化镓能够由其他亚稳态相氧化镓在空气中进行足够长时间的高温处理转化而来，由于其所具有的极佳的热稳定性和化学稳定性，β-Ga₂O₃已经成为器件应用研究的热点材料之一。由于β-Ga₂O₃半导体材料禁带宽度约4.9eV，击穿场强可高达8MV/cm，在高功率电力电子领域方面具有很大的应用潜力；凭借禁带宽度优势，在日盲紫外探测方面也展示了具有极大的发展前景。β-Ga₂O₃在室温下是绝缘的，但是因为O空位的大量存在，使其导电性一般表现为n型，且n型掺杂较易实现，但p型掺杂较难；在光学特性方面，β-Ga₂O₃在深紫外区-可见光区的透光率能达到80％以上，是制备深紫外透明导电薄膜的优良材料；同样由于较大的禁带宽度，β-Ga₂O₃具有耐高温特性，在高温气体传感器方面同样拥有巨大的应用前景。

近年来，Ga₂O₃薄膜、纳米线材料生长及其器件制备方面研究广泛，报道的外延衬底包括硅(Si)、蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等，由于受限于Ga₂O₃同质衬底和β-Ga₂O₃异质外延材料的晶体质量，β-Ga₂O₃主要应用于光电子器件，尤其是日盲紫外探测器。

目前，基于Ga₂O₃材料的日盲紫外探测器主要有薄膜探测器和纳米结构探测器等，由于纳米结构比表面积大等优点，显示了其在光电探测应用中的优势；在纳米结构中，垂直型纳米线阵列不仅可应用于日盲紫外探测、紫外发光、显示、气体探测等方面，而且制备工艺简单，单个器件电路可控，利于集成；由于垂直型中空结构的β-Ga₂O₃纳米管具有更大表体面积比，可进一步发挥垂直纳米线的优势，利于器件性能提升，因此垂直型β-Ga₂O₃纳米管在紫外光电子、气体探测器件等领域具有广阔的应用空间。

目前关于β-Ga₂O₃纳米管制备的研究极少，有报道方案是通过将纯Ga₂O₃粉末和石墨粉按照3:1的比例混合进行1100℃的高温烧结，从而实现中空β-Ga₂O₃纳米管结构。而此种方案存在如下缺陷：

a、材料污染：此种方法不可避免的会导致β-Ga₂O₃纳米管受到石墨粉的污染；

b、取向不一：通过高温烧结的方法制备β-Ga₂O₃纳米管，无法控制纳米管的取向，而且基于单根纳米管制备的器件性能重复性差、均匀性较差、批量制备困难；