本發(fā)明屬于多孔半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種泡沫氮化鎵及其制作方法。

背景技術(shù)：

氮化鎵是一種具有較大禁帶寬度的半導(dǎo)體，屬于所謂寬禁帶半導(dǎo)體之列；它是微波功率晶體管的優(yōu)良材料，也是藍(lán)色光發(fā)光器件中的一種具有重要應(yīng)用價(jià)值的半導(dǎo)體。因此，鑒于氮化鎵的特性，其在光電化學(xué)領(lǐng)域有著諸多的應(yīng)用。

目前應(yīng)用于光電化學(xué)領(lǐng)域的氮化鎵一般均為普通的呈平面狀的氮化鎵，其雖然具有很好的載流子遷移速率、化學(xué)穩(wěn)定性以及可控的帶隙能量(通過(guò)摻雜不同的物質(zhì))，但是在能量轉(zhuǎn)化效率方面卻具有很大的缺陷；同時(shí)在將上述氮化鎵作為基底負(fù)載金屬及其金屬氧化物時(shí)，由于呈平面狀的氮化鎵表面比較光滑且活性位點(diǎn)相對(duì)較少，使預(yù)負(fù)載的物質(zhì)難以負(fù)載，即便負(fù)載成功也易于脫落，這些都限制了上述呈平面狀的氮化鎵在光電化學(xué)方面的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種泡沫氮化鎵，該泡沫氮化鎵可有效提高對(duì)活性物質(zhì)的附著力，增大與活性物質(zhì)的真實(shí)接觸面積，從而在光電化學(xué)方面具有更好的應(yīng)用。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種泡沫氮化鎵，包括氮化鎵骨架以及位于所述氮化鎵骨架內(nèi)部且彼此貫通的多個(gè)孔室。

進(jìn)一步地，所述孔室的外切球體的直徑為5nm～100nm。

進(jìn)一步地，所述孔室的形狀選自球體、正六棱柱、正方體、正八面體中的任意一種。

進(jìn)一步地，所述多個(gè)孔室至少構(gòu)成兩層孔室層。

進(jìn)一步地，所述氮化鎵骨架形成在一襯底上，所述襯底選自藍(lán)寶石、硅片、 氮化鎵中的任意一種。

本發(fā)明的另一目的還在于提供一種泡沫氮化鎵的制作方法，包括：在襯底上形成氮化鎵層；對(duì)所述氮化鎵層進(jìn)行濕法刻蝕，以形成氮化鎵骨架及位于所述氮化鎵骨架內(nèi)部且彼此貫通的多個(gè)孔室。

進(jìn)一步地，對(duì)所述氮化鎵層進(jìn)行濕法刻蝕的具體方法包括：以所述氮化鎵層作為光陽(yáng)極，以金屬電極作為陰極，將所述氮化鎵層放置于刻蝕液中進(jìn)行光電化學(xué)刻蝕。

進(jìn)一步地，所述刻蝕液選自咪唑類離子液體、吡啶類離子液體、季銨鹽類離子液體中的任意一種；其中，在各離子液體中，陰離子選自三氟甲磺酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、高氯酸鹽中的任意一種。

進(jìn)一步地，對(duì)所述氮化鎵層進(jìn)行濕法刻蝕的電壓為1v～20v，刻蝕時(shí)間為1min～20min。

進(jìn)一步地，在對(duì)所述氮化鎵層進(jìn)行濕法刻蝕之前，所述泡沫氮化鎵的制作方法還包括：對(duì)所述襯底及其上形成的氮化鎵層依次在丙酮和無(wú)水乙醇進(jìn)行超聲清洗。

本發(fā)明通過(guò)對(duì)氮化鎵層進(jìn)行刻蝕，使該呈平面狀的氮化鎵層形成了由氮化鎵骨架以及位于該氮化鎵骨架內(nèi)部的彼此貫通的孔室組成的泡沫氮化鎵，相比呈平面狀的氮化鎵，有效提高了對(duì)活性物質(zhì)的附著力，增大了與活性物質(zhì)的真實(shí)接觸面積，從而在光電化學(xué)方面具有更好的應(yīng)用；與此同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的泡沫氮化鎵還兼具呈平面狀的氮化鎵的特點(diǎn)。另外，根據(jù)本發(fā)明的泡沫氮化鎵的制作方法工藝簡(jiǎn)單，易于操作。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的實(shí)施例的上述和其它方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的泡沫氮化鎵材料的剖面圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的泡沫氮化鎵材料的俯視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的泡沫氮化鎵材料的剖面圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的泡沫氮化鎵材料的俯視圖。

具體實(shí)施方式

以下，將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。在附圖中，為了清楚起見，可以夸大元件的形狀和尺寸，并且相同的標(biāo)號(hào)將始終被用于表示相同或相似的元件。

實(shí)施例1

圖1和圖2分別是根據(jù)本實(shí)施例的泡沫氮化鎵的剖面圖以及俯視圖。

具體參照?qǐng)D1和圖2所示，根據(jù)本實(shí)施例的泡沫氮化鎵包括襯底1、設(shè)置于所述襯底1上的氮化鎵骨架2以及位于所述氮化鎵骨架2內(nèi)部的且相互貫通、交錯(cuò)分布的多個(gè)孔室3。

在本實(shí)施例中，所述多個(gè)孔室3至少構(gòu)成兩層孔室層；也就是說(shuō)，位于所述氮化鎵骨架2內(nèi)部的孔室3是呈多層、多列的交錯(cuò)排布的，每一孔室3均和與其相鄰的另一孔室3彼此貫通，從而形成了具有蜂巢狀結(jié)構(gòu)的氮化鎵骨架2。

具體地，在本實(shí)施例中，襯底1的材料為硅片，所述孔室3的形狀為球體，且該孔室3的平均直徑為20nm左右。

值得說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，并非所有的所述孔室3的直徑均為20nm左右，而是大小不一的一系列孔室，且這些孔室3中最小的其直徑為5nm左右，較大的可至30nm左右，所述的20nm左右僅為這些孔室3的平均直徑。

以下將對(duì)本實(shí)施例的泡沫氮化鎵的制作方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。

在步驟一中，選取生長(zhǎng)在襯底1上的氮化鎵層作為基底。

在步驟二中，對(duì)所述襯底1及位于其上的氮化鎵層進(jìn)行清潔處理。

具體方法為：將該襯底1及位于其上的氮化鎵層依次置于丙酮和無(wú)水乙醇中，并分別超聲處理5min，以去除所述襯底1及氮化鎵層的表面上的無(wú)機(jī)、有機(jī)等雜質(zhì)。

在步驟三中，以n-磺酸丁基-3-甲基吡啶三氟甲磺酸鹽作為刻蝕液，分別以所述氮化鎵層以及銀電極作為光陽(yáng)極和陰極，對(duì)所述氮化鎵層進(jìn)行光電化學(xué)刻 蝕，獲得泡沫氮化鎵。

具體地，刻蝕電壓為3v，刻蝕時(shí)間為3min。

根據(jù)本實(shí)施例的制作方法制備得到的泡沫氮化鎵包括以硅片為材料的襯底1、生長(zhǎng)于該襯底1上的氮化鎵骨架2以及形成于所述氮化鎵骨架2內(nèi)部的且彼此貫通的多個(gè)孔室3，同時(shí)，這些孔室3至少構(gòu)成兩層孔室層；具體地，在本實(shí)施例中，所述孔室3的形狀為球體，且其平均直徑為20nm左右。

本實(shí)施例的泡沫氮化鎵不僅具有氮化鎵材料的諸如較大禁帶寬度等優(yōu)點(diǎn)外，還具有對(duì)活性物質(zhì)的附著力較強(qiáng)、與活性物質(zhì)的真實(shí)接觸面積較大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，從而在光電化學(xué)方面具有更好的用途。與此同時(shí)，本實(shí)施例的泡沫氮化鎵的制作方法工藝簡(jiǎn)單，易于操作。

值得說(shuō)明的是，由于本實(shí)施例所述的氮化鎵骨架2的內(nèi)部存在著“多層”的相互貫通、交錯(cuò)分布的孔室3，其相對(duì)于普通的多孔氮化鎵中“單層”侵蝕而成的孔洞具有更大的比表面積，故根據(jù)本實(shí)施例的泡沫氮化鎵相對(duì)于普通的平面氮化鎵、甚至多孔氮化鎵具有對(duì)活性物質(zhì)更大的附著力。

實(shí)施例2

在實(shí)施例2的描述中，與實(shí)施例1的相同之處在此不再贅述，只描述與實(shí)施例1的不同之處。實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同之處在于，在本實(shí)施例的泡沫氮化鎵中，所述孔室3的形狀為正六棱柱，且所述孔室3的外切球體的平均直徑為70nm左右。

值得說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，并非所有的所述孔室3的直徑均為70nm左右，而是大小不一的一系列孔室3，且這些孔室3中最大的其直徑可達(dá)100nm左右，而較小的約為60nm左右，所述的70nm左右僅為這些孔室3的平均直徑。

本實(shí)施例的泡沫氮化鎵的制作方法與實(shí)施例1中的制作方法的不同之處在于：

在步驟三中，以1-丁基-3-甲基咪唑硝酸鹽作為刻蝕液，分別以氮化鎵層以及銀電極作為光陽(yáng)極和陰極，對(duì)所述氮化鎵層進(jìn)行光電化學(xué)刻蝕，獲得泡沫氮化鎵。

具體地，刻蝕電壓為17v，刻蝕時(shí)間為3min。

根據(jù)本實(shí)施例的制作方法制備得到的泡沫氮化鎵包括以硅片為材料的襯底1、生長(zhǎng)于該襯底1上的氮化鎵骨架2以及形成于所述氮化鎵骨架2內(nèi)部的且彼此貫通的多個(gè)孔室3，同時(shí)，這些孔室3至少構(gòu)成兩層孔室層；具體地，在本實(shí)施例中，所述孔室3的形狀為正六棱柱，且其外切球體的平均直徑為70nm左右。

鑒于本實(shí)施例的泡沫氮化鎵的結(jié)構(gòu)，所述泡沫氮化鎵不僅具有氮化鎵材料的諸如較大禁帶寬度等優(yōu)點(diǎn)外，還具有對(duì)活性物質(zhì)的附著力較強(qiáng)、與活性物質(zhì)真實(shí)的接觸面積較大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，從而在光電化學(xué)方面具有更好的用途。與此同時(shí)，本實(shí)施例的泡沫氮化鎵的制作方法工藝簡(jiǎn)單，易于操作。

實(shí)施例3

在實(shí)施例3的描述中，與實(shí)施例1的相同之處在此不再贅述，只描述與實(shí)施例1的不同之處。實(shí)施例3與實(shí)施例1的不同之處在于，在本實(shí)施例的泡沫氮化鎵中，所述孔室3的形狀為正六棱柱，且所述孔室3的外切球體的平均直徑為50nm左右。

值得說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，并非所有的所述孔室3的直徑均為50nm左右，而是大小不一的一系列孔室3，且這些孔室3中較小的其直徑約為30nm～40nm，而較大的約為70nm～80nm，所述的50nm左右僅為這些孔室3的平均直徑。

本實(shí)施例的泡沫氮化鎵的制作方法與實(shí)施例1中的制作方法的不同之處在于：

在步驟三中，以1-丁基-3-甲基咪唑硝酸鹽作為刻蝕液，分別以氮化鎵層以及銀電極作為光陽(yáng)極和陰極，對(duì)所述氮化鎵層進(jìn)行光電化學(xué)刻蝕，獲得泡沫氮化鎵。

具體地，刻蝕電壓為3v，刻蝕時(shí)間為17min。

根據(jù)本實(shí)施例的制作方法制備得到的泡沫氮化鎵包括以硅片為材料的襯底1、生長(zhǎng)于該襯底1上的氮化鎵骨架2以及形成于所述氮化鎵骨架2內(nèi)部的且彼此貫通的多個(gè)孔室3，同時(shí)，這些孔室3至少構(gòu)成兩層孔室層；具體地，在本實(shí)施例中，所述孔室3的形狀為正六棱柱，且其外切球體的平均直徑為50nm左右。

鑒于本實(shí)施例的泡沫氮化鎵的結(jié)構(gòu)，所述泡沫氮化鎵不僅具有氮化鎵材料 的諸如較大禁帶寬度等優(yōu)點(diǎn)外，還具有對(duì)活性物質(zhì)的附著力較強(qiáng)、與活性物質(zhì)真實(shí)的接觸面積較大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，從而在光電化學(xué)方面具有更好的用途。與此同時(shí)，本實(shí)施例的泡沫氮化鎵的制作方法工藝簡(jiǎn)單，易于操作。

值得說(shuō)明的是，根據(jù)本發(fā)明的泡沫氮化鎵中的孔室3的形狀并不限于上述實(shí)施例1、2和3中所述的球體和正六棱柱，還可以是其他如立方體、正八面體等形狀，而在上述制作方法中，刻蝕液的種類即影響制備得到的泡沫氮化鎵中的孔室3的形狀，刻蝕液的具體選擇根據(jù)預(yù)制備的泡沫氮化鎵中的孔室3的形狀來(lái)確定；刻蝕液可以是咪唑類離子液體、吡啶類離子液體或季銨鹽類離子液體，而上述離子液體中的陰離子可以是三氟甲磺酸根、硝酸根、硫酸根、高氯酸根，如1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1-磺酸丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1-丁基-3-甲基吡啶三氟甲磺酸鹽等。與此同時(shí)，設(shè)置于氮化鎵骨架2下方的襯底也不限于硅片，還可以是其他如藍(lán)寶石、氮化鎵等任意在其表面可生長(zhǎng)作為基底的氮化鎵層的材料作為襯底；在制備上述泡沫氮化鎵時(shí)，刻蝕方法并不限于上述的光電化學(xué)刻蝕，還可以是電化學(xué)刻蝕或其他任意工藝的濕法刻蝕，相應(yīng)地，只需在進(jìn)行濕法刻蝕時(shí)，調(diào)整刻蝕的相關(guān)工藝參數(shù)即可；當(dāng)采用濕法刻蝕時(shí)，刻蝕電壓以及刻蝕時(shí)間也并不限于上述實(shí)施例1、2、3中所述的3v和20min、17v和3min、3v和17min，一般控制刻蝕電壓為1v～20v，刻蝕時(shí)間為1min～20min，即可制備得到外切球體的直徑為5nm～100nm的孔室3。

雖然已經(jīng)參照特定實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解：在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在此進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。