一種氧化鎵納米線陣列及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)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(fā)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(fā)明的優(yōu)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(fā)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(fā)展，寬禁帶半導體以其優(yōu)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(yōu)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(qū)域能達到80%以上的透過率，彌補了傳統(tǒng)TCO材料在深紫外區(qū)域透過性低的缺點；而且因為比較寬的帶隙，0-Ga2O3能夠發(fā)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(huán)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(yōu)點。目前，利用磁控濺射沉積系統(tǒng)制備氧化鎵納米線陣列的方法很少報道。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)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(fā)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(fā)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(tǒng)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(xù)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(yōu)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(yōu)選的，所述的步驟3)中,Al2O3-Au襯底的加熱溫度為700°C。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0016]1、本發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(tǒng)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(xù)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(fā)現(xiàn)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(fā)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(xù)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(xù)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(xù)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(jù)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(tǒng)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(xù)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(jù)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(fā)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