β-Ga_2O_3纳米材料的尺寸调控与光致发光特性

氧化镓(Ga_2O_3)纳米材料在紫外透明电极、高温气体传感器、日盲紫外探测器和功率器件等领域具有巨大的应用潜力,而实现高结晶质量和尺寸形貌可控的Ga_2O_3纳米材料是关键.本文通过水热法制备了不同尺寸的羟基氧化镓(GaOOH)纳米棒、纳米棒束和纺锤体,经后期高温煅烧均成功转变为高质量单晶_β-Ga_2O_3纳米材料并较好地保留了原始GaOOH的形态特征.利用X射线衍射(XRD)、拉曼散射光谱(Raman)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等表征手段系统研究了前驱液的pH值大小和阴离子表面活性剂浓度对GaOOH和_β-Ga_2O_3纳米材料晶体结构和表面形貌的影响,并深入探讨了不同条件下GaOOH纳米材料的生长机制.此外,室温光致发光谱(PL)测试发现不同形貌的β-Ga_2O_3纳米材料均展现出典型的蓝绿色发射峰和尖锐的红光发射峰,与纳米材料中本征缺陷的存在密切相关.上述研究结果为未来实现高质量β-Ga_2O_3纳米材料的可控制备提供了有益参考.     

N掺杂对β-Ga_2O_3薄膜日盲紫外探测器性能的影响

单斜氧化镓(β-Ga_2O_3)材料因其独特而优异的光电特性在日盲紫外探测领域具有广阔的应用前景,受到国内外研究者的广泛关注.本研究工作采用射频磁控溅射技术,在c面蓝宝石衬底上制备了未掺杂和氮(N)掺杂β-Ga_2O_3薄膜,研究了N掺杂对β-Ga_2O_3薄膜结构及光学特性的影响;在此基础上,构筑了未掺杂和N掺杂β-Ga_2O_3薄膜基金属-半导体-金属(metal-semiconductor-metal, MSM)型日盲紫外探测器,并讨论了N掺杂影响器件性能的物理机制.结果表明, N掺杂会导致β-Ga_2O_3薄膜表面形貌变得相对粗糙,且会促使β-Ga_2O_3薄膜由直接带隙向间接带隙转变.所有器件均表现出较高的稳定性和日盲特性,相比之下, N掺杂β-Ga_2O_3薄膜器件能展现出较低的暗电流和更快的光响应速度(响应时间和恢复时间分别为40和8 ms),与氧空位相关缺陷的抑制密切相关.本研究对开发新型的高性能日盲紫外探测器具有一定的借鉴意义.     

两步氧化法制备β-Ga2O3薄膜

为获得高质量的β-Ga_2O_3薄膜,对传统的GaN薄膜高温氧化方法进行了优化。我们通过对GaN薄膜分别进行一步或两步高温氧化的方法制备了β-Ga_2O_3薄膜,并通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、拉曼光谱等对制备的样品进行了测试、对比与分析。结果表明,950℃下GaN薄膜无法完全氧化,而直接1 150℃氧化得到的样品并没有明显的晶向。相比之下,通过两步氧化法,GaN薄膜被完全氧化,且得到的β-Ga_2O_3薄膜具有明显的沿■方向的晶向,样品表面显示出明显的纳米线结构。最佳的氧化时间为在950℃下氧化3 h之后在1 150℃下氧化1 h,此时得到样品的纳米线结构最明显,其纳米线的直径约为30～40 nm。拉曼光谱测试证实了该条件下获得的样品具有较高的晶体质量。通过分析不同样品结构以及形貌特性,我们发现不同温度下的不同氧化模式是导致该结果的主要原因。     

β-Ga_2O_3纳米线的制备及其催化性能

使用磁控溅射方法制备了β-Ga_2O_3纳米线,并研究了催化性能.制备的样品具有很好的结晶度,衍射峰位对应β相Ga_2O_3.β-Ga_2O_3纳米线形貌为圆锥状,表面粗糙.226nm左右有明显的Ga_2O_3吸收峰,同时在512nm左右也有明显的催化剂Au的吸收峰.称取0.35mg的β-Ga_2O_3纳米线样品,加入300mL浓度为10~(-5) mol/L的亚甲基蓝溶液中,反应2h,降解率达到76.7%.     

氧流量对热蒸发CVD法生长β-Ga2O3纳米材料的结构及发光特性的影响

用热蒸发CVD法制备了β-Ga2O3纳米材料, 并用光致发光(PL)方法研究了其发光特性.X射线衍射分析显示, 产物为单斜结构的β-Ga2O3.扫描电子显微镜测试表明:在较小氧流量条件下制备的产物为β-Ga2O3纳米带, 宽度小于100nm, 长度有几微米; 较大氧流量时制备出β-Ga2O3纳米晶粒结构, 晶粒尺度在80-156nm.PL的测试表明: β-Ga2O3纳米结构在波长516nm处有很强的绿色发光带, 且随着氧流量的逐渐增加发光强度逐渐减弱.在氧气氛中900℃退火2h处理后, 发光强度减弱, 进一步证实氧空位缺陷是β-Ga2O3纳米材料发光的主要因素.     

基于机械剥离β-Ga_2O_3的Ni/Au垂直结构肖特基器件的温度特性

本文制备了基于机械剥离β-Ga_2O_3的Ni/Au垂直结构肖特基器件,对该器件进行了温度特性I-V曲线测试.器件表现出了良好的二极管特性,随着温度从300 K升高至473 K,势垒高度从1.08 e V上升至1.35 e V,理想因子从1.32降低至1.19,二者表现出了较强的温度依赖特性,这表明器件的肖特基势垒存在势垒高度不均匀的问题.串联电阻随温度升高而降低,这主要是热激发载流子浓度升高导致的.本文利用势垒高度的高斯分布对器件的温度特性进行了修正,修正后的势垒高度为1.54 e V,理查孙常数为26.35 A·cm~(–2)·K~(–2),更接近理论值,这表明利用高斯分布势垒高度的热电子发射模型能够很好地解释Au/Ni/β-Ga_2O_3肖特基二极管的I-V温度特性问题,这种方法更适合用来测量β-Ga_2O_3肖特基二极管的电学参数.     

氧流量对热蒸发CVD法生长β-Ga2O3纳米材料的结构及发光特性的影响

用热蒸发CVD法制备了β-Ga₂O₃纳米材料, 并用光致发光(PL)方法研究了其发光特性. Ｘ射线衍射分析显示, 产物为单斜结构的β-Ga₂O₃. 扫描电子显微镜测试表明: 在较小氧流量条件下制备的产物为β-Ga₂O₃纳米带, 宽度小于100nm, 长度有几微米; 较大氧流量时制备出β-Ga₂O₃纳米晶粒结构, 晶粒尺度在80—15 关键词： 光致发光 氧流量 纳米结构 2O₃')" href="#">Ga₂O₃     

β-Ga_2O_3 MOSFETs on the Si substrate fabricated by the ion-cutting process

β-Ga_2O_3 MOSFETs are demonstrated on heterogeneous Ga_2O_3-Al_2O_3-Si(GaOISi)substrate fabricated by ion-cutting process.Enhancement(E)-and depletion(D)-modeβ-Ga_2O_3 transistors are realized on by varying the channel thickness(T_(ch)).E-mode GaOISi transistor with a T_(ch)of 15 nm achieves a high threshold voltage V_(TH)of～8 V.With the same T increase,GaOISi transistors demonstrate more stable ON-current I_(ON)and OFF-current I_(OFF)performance compared to the reported devices on bulk Ga_2O_3 wafer.Transistors on GaOISi achieve the breakdown voltage of 522 and 391 V at 25°C and 200°C,respectively.     

催化剂对热蒸发CVD法生长β-Ga2O3纳米材料的结构及发光特性的影响

用热蒸发CVD法制备了β-Ga2O3纳米材料,探讨了Au催化剂对纳米结构和形貌的影响,并研究了其光致发光特性。X射线衍射(XRD)分析显示产物为单斜结构的β-Ga2O3。扫描电子显微镜(SEM)测试表明:Au催化剂颗粒尺寸较小时,制备的产物为尺度均匀的β-Ga2O3纳米线,宽度小于100 nm,长度为几微米至几十微米;增加催化剂颗粒尺寸时,制备出的β-Ga2O3纳米结构的尺度变大,形貌由纳米线逐步形成纳米带、片等形状。β-Ga2O3纳米结构在波长516 nm处有很强的绿光发光带,而且随着催化剂颗粒尺寸的增加,发光强度和峰位"红移"现象逐渐减弱。     

超宽禁带半导体β-Ga_2O_3及深紫外透明电极、日盲探测器的研究进展

β-Ga_2O_3是一种新型的超宽禁带氧化物半导体,禁带宽度约为4.9 eV,对应日盲区,对波长大于253 nm的深紫外一可见光具有高的透过率,是天然的日盲紫外探测及深紫外透明电极材料.本文介绍了Ga_20_3材料的晶体结构、基本物性与器件应用,并综述了β-Ga_2O_3在深紫外透明导电电极和日盲紫外探测器中的最新研究进展.Sn掺杂的Ga_2O_3薄膜电导率可达到32.3 S/cm,透过率大于88%,但离商业化的透明导电电极还存在较大差距.在日盲紫外探测器应用方面,基于异质结结构的器件展现出更高的光响应度和更快的响应速度,ZnO/Ga_2O_3核/壳微米线的探测器综合性能最佳,在-6 V偏压下其对254 nm深紫外光的光响应度达1.3×10~3A/W,响应时间为20μs.     

Preparation and NO_2-gas sensing property of individual β-Ga_2O_3 nanobelt

Monoclinic gallium oxide (β-Ga_2O_3) nanobelts are synthesized from gallium and oxygen by thermal evaporation in an argon atmosphere and their NO_2 sensing properties are studied at room temperature.Electron microscopy studies show that the nanobelts have breadths ranging from 30 to 50 nm and lengths up to tens of micrometers.Both the x-ray diffraction (XRD) and the selected are electron diffraction (SAED) examinations indicate that β-Ga_2O_3 nanobelts have grown into single crystals.Room temperature NO_2 sensing tests show that the current of individual β-Ga_2O_3 nanobelt decreases quickly,and then gently when the NO_2 concentration increases from low to high.It is caused by the NO_2 molecule chemisorption and desorption processes in the surface of β-Ga_2O_3 nanobelt.     

花状的氧化锌纳米结构的制备及其光学性能

以氢氧化钠和六水合硝酸锌为反应物,在未使用任何表面活性剂的简单反应体系中制得了玫瑰花状ZnO纳米结构,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和室温荧光光谱对产物的晶体结构、形貌和发光性质进行了表征和分析.测试结果表明,所得产物为六方纤锌矿结构ZnO纳米材料,产物结晶完整,尺寸较均匀.这种简单水热法制备的ZnO纳米材料仅在384nm处具有一个较强的紫外发光峰,而在黄绿区几乎没有发光峰,进一步证明了所得样品结晶良好,没有缺陷和空位.以上结果表明所制备的氧化锌纳米材料具有优异的紫外光发射能力.     

氧化镓薄膜的制备及其日盲紫外探测性能研究

采用射频磁控溅射方法在蓝宝石单晶衬底上沉积氧化镓(Ga2O3)薄膜,并通过光刻剥离工艺(Lift-off)制备了金属-半导体-金属结构的Ga2O3日盲紫外探测器。对不同温度下沉积的Ga2O3薄膜分析表明,在800℃下获得的薄膜结晶质量最好,薄膜的导电性则随着沉积温度的上升先增大后减小。在800℃制备的β-Ga2O3薄膜的可见光透光率大于90%,光学吸收边在255 nm附近。在10 V偏压下,探测器的暗电流约为1n A,光电流达800 n A,对紫外光响应迅速。器件的响应度达到0.3 A/W,260 nm波长处的响应度是290 nm波长对应响应度的40倍,可实现日盲紫外波段的探测。     

氧分压对溅射制备氧化镓薄膜结构及光学带隙的影响

在不同氧分压η(η=O2/[Ar+O2])实验条件下,通过直流反应溅射制备了氧化镓薄膜,然后在真空环境下进行高温再结晶热处理.用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)研究了氧分压η对光学带隙Eg的影响.X射线衍射(XRD)和共聚焦拉曼散射光谱(Raman Scattering)分析显示:经900℃高温热处理后,薄膜呈结晶β相氧化镓,且晶粒尺寸随着氧分压的逐渐增加而变大.室温下由UV-Vis测试薄膜透过率并利用Tauc公式计算得到样品的光学带隙Eg在4.68—4.85 eV之间,且随氧分压η的逐渐增加而变大.     

Device topological thermal management of β-Ga_2O_3 Schottky barrier diodes

The ultra-wide bandgap semiconductor β gallium oxide(β-Ga_2 O_3) gives promise to low conduction loss and high power for electronic devices. However, due to the natural poor thermal conductivity of β-Ga_2 O_3, their power devices suffer from serious self-heating effect. To overcome this problem, we emphasize on the effect of device structure on peak temperature in β-Ga_2 O_3 Schottky barrier diodes(SBDs) using TCAD simulation and experiment. The SBD topologies including crystal orientation of β-Ga_2 O_3, work function of Schottky metal, anode area, and thickness, were simulated in TCAD, showing that the thickness of β-Ga_2 O_3 plays a key role in reducing the peak temperature of diodes. Hence, we fabricated β-Ga_2 O_3 SBDs with three different thickness epitaxial layers and five different thickness substrates. The surface temperature of the diodes was measured using an infrared thermal imaging camera. The experimental results are consistent with the simulation results. Thus, our results provide a new thermal management strategy for high power β-Ga_2 O_3 diode.     

Fe3O4/CA@CQDs磁性荧光复合材料的制备及表征

为了制备出低毒且性能优异的磁性荧光复合材料,选用发光稳定且生物相容性高的碳量子点(CQDs)作为荧光探针,分别采用一步水热法和化学共沉淀法制备了荧光性能优异的CQDs和超顺磁性四氧化三铁(Fe_3O_4),再以生物相容性较好的柠檬酸(CA)修饰Fe_3O_4,得到表面富含功能性羟基和羧基的Fe_3O_4/CA,通过偶联剂乙二胺将CQDs与Fe_3O_4/CA连接,成功制得Fe_3O_4/CA@CQDs磁性荧光复合材料。并对其进行红外光谱(FTIR)、荧光光谱、振动样品磁强计(VSM)、X射线衍射仪(XRD)、荧光显微镜及透射电子显微镜(TEM)表征,结果表明:Fe_3O_4/CA@CQDs为核壳结构,粒径为30～40 nm,饱和磁化强度为20.14 A·m~2·kg~(-1),该双功能复合材料具有优良的荧光性能和磁性能,细胞毒性低且生物相容性高,有望取代传统荧光磁性纳米复合材料,并广泛应用于生物医学领域。     

室温离子液体中超声辐照制备氧化锌纳米棒的研究

离子液体与超声技术结合在纳米材料的制备中具有广阔的前景,但目前以离子液体为溶剂超声制备纳米材料的报道还不多见,相关的反应机理研究也亟待开展.本文首次在室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中超声制备了氧化锌纳米棒,该方法具有简便、快速和环境友好等特点.采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对纳米氧化锌的结构和形貌进行表征.作为比较研究,采用传统的低蒸汽压有机溶剂二缩三乙二醇在同样的超声反应条件制备了纳米氧化锌材料.离子液体中超声合成样品为直径约20 nm,长度30-50 nm的纳米棒,而在二缩三乙二醇中超声制备的样品为直径6～8 nm的纳米颗粒.利用光声光谱(PAS)研究了纳米氧化锌样品的光学性能和量子尺寸效应.对离子液体中超声制备氧化锌纳米棒可能的反应机理进行了讨论并建立了的反应模型.结果表明在在超声辐照和离子液体溶剂的共同作用下氧化锌纳米棒得以生成.     

四角锥氧化锌的制备及其强蓝光发射性质研究

采用热蒸发锌(Zn)粉的方法制备了大量的ZnO纳米棒状和四角锥状结构。用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman Spectra)和光致发光谱(PL)对样品进行了形貌,结构和发光特性分析。结果表明:合成的ZnO纳米棒具有良好的晶体结构,直径约100～500 nm,长度约2～5μm,还有一些四角锥状结构。在325 nm波长光激发下,有微弱的391 nm带边紫外发射和很强的488 nm蓝光发射,呈现出纳米ZnO优异的蓝光特性,并对其生长机理和发光机理进行了初步的探讨。     

Y_(1-x)Gd_xBa_2Cu_3O_(6+y)超导单晶的生长与高压氧退火

利用自助熔生长方法制备YBa_2Cu_3O_(6+y),Y_(0.5)Gd_(0.5)Ba_2Cu_3O_(6+y),与GdBa_2Cu_3O_(6+y),超导单晶。经多次试验,选择它的最佳生长条件。将单晶样品置于高压(～150bar)纯氧中退火,结果使T_c达到90K,说明这种退火对增加T_c很有效。劳埃衍射图进一步证明,样品是高质量单晶。关于它的结构、成份分析与磁性亦作过报道。     

引入纳米氧化层的CoFe/Pd双层膜结构中增强的垂直磁各向异性研究

制备了CoFe/Pd双层结构的界面处或CoFe层 内部引入纳米氧化层后的系列薄膜. 研究结果显示, 引入纳米氧化层后, 可以使薄膜的磁各向异性在退火后从面内转到垂直膜面方向. 并且对于在CoFe层内部引入纳米氧化层的这类样品, 其强烈的垂直磁性可以在相当宽的有效磁性层厚度范围内(1.2-2 nm)维持. 在保持垂直磁性的前提下, 这种特殊的双层膜结构中CoFe磁性层厚度比常规CoFe/Pd 多层膜中的CoFe层厚度至少多出1.4 nm. 本文的研究有助于制备出具有较高热稳定性的垂直磁性器件电极.