專利名稱：制備三元組分Al_xGa_1-xN納米錐的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備三元組分AlfahN納米錐的方法。
背景技術(shù)：
以GaN為代表的III族氮化物(A1N、GaN, InN及其多元合金)因其寬帶隙和優(yōu)異 的理化性質(zhì)(如高熔點、高電子飽和遷移速度、高擊穿電場、高熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)、高化 學(xué)穩(wěn)定性、大壓電系數(shù)等)，成為第三代半導(dǎo)體材料，在高溫大功率電子器件和光電子器件 (如場效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、激光二極管等)中獲得了成功應(yīng)用(F. A. Ponce et al., Naturel997, 386, 351—359; S. N. Mohammad et al., Prog. Quantum Electron. 1996, 20，361-525; 0. Ambacher, J. Phys. D: App 1. Phys. 1998，31, 2653—2710; P. Kung et al.，Opto-Electron. Rev. 2000，8, 201-239. )。A1N、GaN 禾Π InN 的帶隙分別為 6. 2、 3. 4和0.7 eV。它們?nèi)菀仔纬啥嘣辖餉lxGay^i1TyN,通過調(diào)變多元合金的組成，可使其帶 隙在6. 2^0. 7eV之間連續(xù)調(diào)變。III族氮化物帶隙的改變必將引起其電學(xué)、光學(xué)、壓電等性 能的改變，例如通過改變III族氮化物的組成，其發(fā)光譜可在近紅外到紫外區(qū)域連續(xù)可調(diào)。 隨著納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，III族氮化物一維納米結(jié)構(gòu)(尤其是準(zhǔn)定向陣列)引起了廣泛的 研究興趣。III族氮化物一維納米結(jié)構(gòu)是發(fā)展多種新型量子器件的基礎(chǔ)，在納米發(fā)光二極管 (R. X. Yan et al., Nat. Photonics 2009，3, 569-576.)、場效應(yīng)晶體管(Y. Huang et al. , Nano Lett. 2002, 2, 101—104·)禾口納米發(fā)電(C. T. Huang et al., J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4766-4771.)等方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景；同時，III族氮化物一維納 米結(jié)構(gòu)所展現(xiàn)的電學(xué)、光學(xué)和機械等性質(zhì)在相關(guān)基礎(chǔ)理論的理解和闡釋方面也發(fā)揮著重要 作用(S. K. Lim et al., Nano Lett. 2009, 9, 3940—3944; S. Chattopadhyay et al., Crit. Rev. Solid State Mat. Sci. 2009，34, 224-279.)，因此 III 族氮化物一維納米 結(jié)構(gòu)的制備、性能和應(yīng)用是當(dāng)今前沿課題。迄今為止，人們已發(fā)展了多種方法制備III族氮化物的一維納米結(jié)構(gòu)。二元組 分氮化物的各種一維納米結(jié)構(gòu)如納米管、納米帶、納米線和納米錐等都已成功制備并報 道，包括 AlN (Q. Wu et al. , J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 10176-10177; C. Liu et al. , J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1318—1322; C. Y. He et al., J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4843-4847. )、GaN (C. C. Chen et al., J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2791-2798; J. Goldberger et al., Natureim ,, 422, 599-602; Τ. Kuykendall et al. , Nat. Mater. 2004, 3, 524—528. )、InN(S. Vaddiraju et al., Nano Lett. 2005, 5, 1625-1631.)等。2007年，Τ. Kuykendall等人實現(xiàn)了三元組分hAa^N納米線的制備及 在全成分范圍的成分調(diào)控，其帶隙可在1. 1 3.4 eV范圍內(nèi)調(diào)變，激發(fā)后呈現(xiàn)從近紫外到 近紅外區(qū)域連續(xù)可調(diào)的發(fā)光(T. Kuykendall et al., Nat. Mater. 2007, 6, 951-956.)。 然而，對于另一種非常重要的三元組分氮化物AlxGai_xN，盡管人們已投入極大努力，但其一 維納米結(jié)構(gòu)的生長和成分調(diào)控仍然是一個充滿挑戰(zhàn)性的課題。本發(fā)明之前，AWaN體系的相關(guān)研究大都集中于薄膜材料。人們發(fā)展了金屬有機氣相外延(M0VPE)、分子束外延(MBE)及金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)等多種方法來制 備AWaN薄膜，并通過改變其組成實現(xiàn)發(fā)光峰的調(diào)制。人們也試圖制備AWaN的一維納米 結(jié)構(gòu)，例如，H. J. Choi等人嘗試通過CVD法制備AWaN納米線，最終制得了 GaNOAWaN核 鞘型納米線，納米線產(chǎn)物在生成過程中發(fā)生了自發(fā)相分離(H. J. Choi et al., J. Phys. Chem. B 200 107，8721-8725. ) J. Su等人試圖通過MOCVD法制備AWaN納米線，最終 也制得了 GaNOAlGaN共軸納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)(J. Su et al., Appl. Phys. Lett. 200 87， 183108·)。L. Hong和Y. S. Park等人分別通過CVD和等離子體輔助MBE方法制備了單相 AlGaN—維納米結(jié)構(gòu)，但他們的報道中成分調(diào)控的范圍很小((Γ15%)，且未采用可靠的實驗 手段表征產(chǎn)物的成分和結(jié)構(gòu)及其均勻性(L. Hong et al., Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 193105; Y. S. Park et al., Nanotechnologyim^, 17, 4640-4643.)。綜上所述，三元組 分AWaN —維納米結(jié)構(gòu)的制備及其全成分調(diào)控仍是一個充滿挑戰(zhàn)性的課題，原因在于GaN 和AlN的生長條件難以匹配，AKiaN產(chǎn)物中容易發(fā)生自發(fā)相分離而不能得到單相AKiaN納 米結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種制備三元組分Alx^vxN納米錐的方法，可以實現(xiàn)0<χ<1全成分 范圍內(nèi)的調(diào)控。所述制備三元組分AlxGiVxN納米錐的方法為采用化學(xué)氣相沉積法，以無水(^aCl3 為鎵源，無水AlCl3為鋁源，在GaCl3和AlCl3的蒸發(fā)溫度分別為70 90°C和130 150°C 條件下，與氮源反應(yīng)，生成單相Alx^vxN納米錐，其中0<χ<1。優(yōu)選氮源為NH3,沉積溫度為65(T800°C。本發(fā)明實施例部分選擇沉積溫度700°C。反應(yīng)時間的長短影響納米材料的長度，反應(yīng)時間越長，所得納米材料的長度越長。 優(yōu)選反應(yīng)時間為2、小時。作為優(yōu)選方案，所述化學(xué)氣相沉積法在三段溫區(qū)管式爐中進行，所述三段溫區(qū)管 式爐中順序設(shè)有第一低溫區(qū)、第二低溫區(qū)、沉積區(qū)，鎵源和鋁源分別置于第一低溫區(qū)和第二 低溫區(qū)。具體的操作可以是鎵源和鋁源蒸氣由流量為15(T400 mL/min的載氣Ar氣帶到 沉積區(qū)，同時，流量為5 30 mL/min的氮源氣體被輸送到沉積區(qū)與鎵源和鋁源蒸氣發(fā)生反 應(yīng)，生成MGaN產(chǎn)物。沉積時采用的基片材料為公知常識，如常用的Si基片。此前，申請人發(fā)展了一種化學(xué)氣相沉積法制備了 AlN納米錐準(zhǔn)定向陣列，通過 AlCljP NH3之間化學(xué)反應(yīng)，在較低溫度下( 700°C)制得了 AlN納米錐(C. Liu et al., J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1318-1322 ；中國發(fā)明專利 ZL200310106239. 9)。將類似的方 法拓展到GaN體系，通過GaCl3和NH3之間化學(xué)反應(yīng)，制得了 GaN納米柱陣列(X. B. Wang, et al.，Adv. Mater. 2010, 22, 2155-2158)。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明設(shè)計和改進了實驗裝 置，在三段溫區(qū)的管式爐中精細(xì)調(diào)控反應(yīng)前驅(qū)物(GaCl3和AlCl3)的蒸氣分壓，使其反應(yīng)條 件匹配，實現(xiàn)了單相AlxGai_xN—維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備，得到的一維納米材料具有單晶結(jié) 構(gòu)，成分分布均勻且可通過改變生長條件在全成分范圍內(nèi)(χ = (Tl)調(diào)變其Al/fe原子比。 這一連續(xù)成分調(diào)變也體現(xiàn)在產(chǎn)物的陰極射線發(fā)光性能(CL)和場發(fā)射(FE)性能的逐步演變 上。三元組分AlxGi^xN納米錐陣列的制備及其全成分調(diào)控為發(fā)展新型納電子器件和光電器件提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。為了得到單相AlxGiVxN納米錐，GaCl3和AlCl3的蒸發(fā)溫度必須控制在一定范圍 內(nèi)，否則將會因蒸氣分壓不匹配而產(chǎn)物相分離現(xiàn)象。本發(fā)明優(yōu)化的反應(yīng)條件是 <冗13和 AlCl3的蒸發(fā)溫度必須分別控制在70 90°C和130 150°C范圍內(nèi)。否則，當(dāng)GaCl3蒸發(fā) 溫度偏高則產(chǎn)物中出現(xiàn)GaN-AWaN兩相，當(dāng)AlCl3蒸發(fā)溫度偏高則產(chǎn)物中出現(xiàn)AlN-AWaN兩 相(附圖5)。在上述溫度范圍內(nèi)改變前驅(qū)物蒸發(fā)溫度，可以實現(xiàn)AlxGai_xN —維納米材料的 組成在全成分范圍內(nèi)(0<χ<1)的調(diào)變。采用本發(fā)明所述制備方法，在只使用GaCl3為原料時可制得準(zhǔn)定向的GaN納米線 陣列；在只使用AlCl3S原料時可制得AlN納米錐陣列。按照AlCl3W蒸氣分壓逐漸增加的 順序，系統(tǒng)調(diào)變的蒸氣分壓，可以得到一系列不同組成的單相AlxGai_xN樣品， 樣品的形貌均為準(zhǔn)定向納米錐陣列(附圖2)。測定不同組成的AlxGi^xN樣品在30°到40° 之間的XRD譜，可觀察到三個特征衍射峰(100)、(00幻和(101)均為單峰，且逐漸向高角度 方向偏移，相應(yīng)的X射線能量色散譜(EDS)表明系列樣品中的( 含量逐漸降低，Al含量逐 漸升高(附圖3)。從XRD中計算得到的晶格常數(shù)隨著Al含量的變化曲線呈線性，進一步表 明了 Α1Χ(^_ΧΝ納米錐的組成可在全成分范圍內(nèi)調(diào)控(附圖4)。高分辨透射電鏡(HRTEM)和 相應(yīng)的選區(qū)電子衍射(SAED)表征表明AlxGai_xN納米錐具有纖鋅礦相的單晶結(jié)構(gòu)，沿c軸方 向生長(附圖6 )，單根納米錐上的組成分布均勻(附圖7 )。本發(fā)明通過簡單的CVD過程制備了單相AlxGa1J納米錐陣列，并實現(xiàn)了其全成分 調(diào)控。連續(xù)的成分調(diào)變也導(dǎo)致了 AKiaN產(chǎn)物的性能調(diào)變，例如產(chǎn)物的CL帶邊發(fā)射和場發(fā)射 的開啟與閾值電場表現(xiàn)為逐步演變趨勢。CL光譜表明Alx^vxN納米錐的帶隙隨Al含量增 加而變大。樣品GaN、AlQ. 16G￡ia84N和Ala51GEia49N的帶邊發(fā)射波長分別是366、348和308 nm (附圖8)，對應(yīng)的帶隙分別為3. 40、3. 57和4. 03 eV [由于AlN容易被氧化，AlN樣品的發(fā) 光譜中只觀測到與缺陷相關(guān)的低能量發(fā)光]。不同組成樣品的場發(fā)射測試結(jié)果表明開啟 電場(盡。，產(chǎn)生10 μ A/cm2電流所需要的電場)和閾值電場Wtto，產(chǎn)生1 mA/cm2電流所需要 的電場)隨著樣品中Al含量的增加而增大(附圖9)，即GaN < Ala34G^l66N < Ala61G^l39N < AlN(附表1)。這是因為隨著Al含量增加，樣品的帶隙逐漸變寬，導(dǎo)致樣品中載流子濃度的 降低。陰極射線發(fā)光和場發(fā)射性能的變化進一步證明了 AlxGai_xN納米錐的成分調(diào)變。三元 組分Alx^vxN納米錐陣列的制備和成分調(diào)變?yōu)槠湓谛滦图{電子器件和光電器件中的應(yīng)用 提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。本發(fā)明的主要特點和優(yōu)勢如下
1.本發(fā)明以氯化物為反應(yīng)前驅(qū)物，蒸發(fā)溫度低，通過三段溫區(qū)管式爐分別調(diào)節(jié)前驅(qū)物 的蒸發(fā)溫度，可使生長條件匹配而制得單相的AlxGai_xN納米錐結(jié)構(gòu)。2.本發(fā)明通過改變前驅(qū)物GaCl3和AlCl3的蒸發(fā)溫度來調(diào)變GaCl3和AlCl3的蒸 氣分壓，可以簡便地實現(xiàn)Alx^vxN納米錐陣列在全成分范圍內(nèi)(從χ = 0到1)的調(diào)變。3.本發(fā)明可在IcmX Icm的Si基片上沉積AIxGe^xN納米錐陣列，實現(xiàn)了 AlxGi^xN 納米結(jié)構(gòu)陣列的大面積生長。也可用石英片、銅片、鈦片、不銹鋼片、藍(lán)寶石片等基片作為材 料生長的襯底，襯底的材質(zhì)對納米錐的生長無明顯影響。4.本發(fā)明所制得的AlxGi^xN納米錐陣列尺寸均一，長度從幾百個納米到幾個微 米，尖端直徑大約為10 nm，底部直徑為50 90 nm。由于其具有大的長徑比和銳利的尖端，在場發(fā)射中有潛在應(yīng)用價值。5.本發(fā)明提供的方法可以拓展到其它多元組分III族氮化物。根據(jù)實驗要求選 擇合適的反應(yīng)前驅(qū)物，利用類似的CVD方法在多種基片上合成其它多元組分III族氮化物 一維納米材料陣列。6.本發(fā)明所提供的制備工藝操作簡單，適于大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1.本發(fā)明所用的制備Alx^vxN納米錐陣列的實驗裝置示意圖。圖中管式爐由 三個溫區(qū)構(gòu)成，各個溫區(qū)有獨立的加熱裝置。冷卻水和風(fēng)扇置于兩個溫區(qū)相連接的部分，用 以把各溫區(qū)之間的相互干擾降至最小。無水GaCl3和AlCl3粉末分別放置在低溫區(qū)(I)和 (II), Si基片放置在沉積區(qū)。通過改變前驅(qū)物的蒸發(fā)溫度，可以調(diào)變(^(13和AlCl3的蒸氣 分壓。Ar氣從低溫端通入，作為保護氣和傳輸(^aCl3和AlCl3蒸氣的載氣。NH3氣通過小直 徑石英管直接輸送到沉積區(qū)。圖2.不同組成(從χ = 0到1)的AlxGiVxN納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡(SEM)照片。圖 中左上角為通過SEM-EDS測得的成分，右上角為樣品編號。圖3.不同組成的系列AlxGai_xN樣品的XRD和EDS結(jié)果，從上至下樣品中Al的 含量逐漸增加。(a) XRD精細(xì)譜。測試條件掃描速度和步長分別為0.04925 (° /s)和 0. 004186 )。譜中顯示了樣品的三個特征衍射峰(100)、(002)和(101)。譜中最強的 (002)衍射峰為單峰，沒有分裂，表明了樣品的單相特征。(b) SEM-EDS譜，圖中標(biāo)注了所含 的元素。圖4.樣品的晶格常數(shù)c和3與Al含量的關(guān)系[圖中晶格常數(shù)的數(shù)值由圖3 (a) 中XRD譜計算而得，Al含量由圖3 (b)中相應(yīng)的SEM-EDS譜測得]。直線為Vegard定理 計算出來的理論值(GaN和AlN的晶格常數(shù)取值c = 5. 176和4. 991 A以及a = 3. 181和 3.113 A)，點為不同樣品對應(yīng)的實驗點。圖5.兩個相分離樣品的XRD譜(a，c)和SEM照片(b，d)。這兩個樣品的反應(yīng)前 驅(qū)物的蒸發(fā)溫度如下
第一個樣品(a，b) =T(GaCl3) = 114°C ； T(AlCl3) = 1400C0 GaCl3 的蒸發(fā)溫度偏高。第二個樣品(c，d)=T(GaCl3) = 80°C ； T(AlCl3) = 162°C。AlCl3 的蒸發(fā)溫度偏尚。兩個樣品的XRD譜在34. 63° [GaN(002)峰的位置]和35. 96° [A1N(002)峰的 位置]之間有分裂峰存在，(002)峰的分裂表明了在該條件下制得的納米錐中出現(xiàn)相分離。圖6.本發(fā)明所制備的不同組成AlxGiVxN納米錐的高分辨透射電鏡(HRTEM)照片 和相應(yīng)的選區(qū)電子衍射花樣(SAED)。HRTEM照片中所標(biāo)定的成分通過TEM-EDS測定。電子 衍射圖中的水平虛線是一個參考的基準(zhǔn)線，為了方便比較衍射點到中心斑點的距離。(00乃 U = 1,2,3,4)的衍射點到中心斑點之間的距離隨著Al含量χ的增加而逐漸的增大，說明 相應(yīng)的(007)的晶面間距在收縮。表明所制得的AlxGai_xN納米錐為單晶結(jié)構(gòu)，且具有可調(diào) 變的組成。圖7.通過TEM-EDS對三根典型的納米錐沿著生長方向做7個點的組成分析。下 方是三個樣品的TEM圖。電子束的束斑直徑約為10 nm。對于每個樣品，沿著納米錐的生長方向，元素( 和Al含量的微小波動表明整個納米錐的組成均勻分布。圖8.本發(fā)明所制備的不同組成的AlxGa1J合金納米錐(GaNjlai6Giia84I Al0. SiGa0.49N和AlN)室溫下歸一化的CL譜。圖9.本發(fā)明所制備的不同組成的準(zhǔn)定向AlxGiVxN納米錐(GaN、Al0.34Ga0.66N, Ala61Giia39N和AlN)的場發(fā)射電流密度-電場曲線曲線)。場發(fā)射測試時的陰陽極間 距為100 μ m0
具體實施例方式實施例1 以無水GaCl3和無水AlCl3為前驅(qū)物沉積制得單相AlxGi^xN納米錐陣 列。將0.4 g無水(^Cl3和無水AlCl3分別放置于三段溫區(qū)管式爐(如附圖1)的低溫 區(qū)(I)和(II)，基片放置于沉積區(qū)(III)。系統(tǒng)在加熱升溫前用機械泵反復(fù)抽真空并充Ar 氣三次，以除去反應(yīng)系統(tǒng)中的氧氣和水。在Ar氣保護下將沉積區(qū)升溫至700°C (升溫速率 為IO0C /min)，低溫區(qū)(I)和(II)分別快速(大約10分鐘)升溫到80°C (GaCl3的蒸發(fā)溫 度)和140°C (AlCl3的蒸發(fā)溫度)。當(dāng)溫度升至指定值時，將Ar氣流量調(diào)大至300 mL/min, 并通入NH3 20 mL/min，GaCl3和AlCl3蒸氣被Ar氣帶到沉積區(qū)與NH3氣反應(yīng)，在基片上沉積 得到AWaN產(chǎn)物。反應(yīng)時間為2 4小時，反應(yīng)結(jié)束后系統(tǒng)在Ar氣保護下冷卻至室溫。從 SEM和XRD的結(jié)果表明，所得產(chǎn)物為六方相AlxGai_xN納米錐陣列(附圖2和附圖3 :S6)。實施例2組成可調(diào)的單相AlxGiVxN納米錐陣列的制備。與實施例1中操作步驟相似，本例是通過改變前驅(qū)物(^Cl3和AlCl3的蒸發(fā)溫度來 調(diào)變GaCl3和AlCl3的蒸氣分壓，從而實現(xiàn)單相Alx^vxN納米錐陣列的制備及其成分調(diào)變。 為了得到單相的AlxGai_xN納米錐，GaCl3* AlCl3的蒸氣分壓必須相互匹配。本發(fā)明所優(yōu)化 的反應(yīng)條件是=GaCl3和AlCl3的蒸發(fā)溫度分別為70 90°C和130 150°C。在此溫度范 圍內(nèi)，按照AlCl3的蒸氣分壓逐漸增加的順序，系統(tǒng)調(diào)變GaCl3和AlCl3的蒸氣分壓，可以得 到系列AlxGai_xN樣品。表征結(jié)果表明，所得產(chǎn)物為不同組成的單相AlxGai_xN納米錐陣列(附 圖2和附圖3 :S2 S5，S7 S10)。樣品2-10對應(yīng)的前驅(qū)物的蒸發(fā)溫度和產(chǎn)物的沉積溫度如下表所示
樣品編號2345678910GaCl3蒸發(fā)溫度(°C)908784828078757270AlCl3蒸發(fā)溫度(°C)130132136138140142144146150
實施例3以無水GaCl3為前驅(qū)物沉積制得GaN納米線陣列。將無水(^aCl3粉末放置于三段溫區(qū)管式爐(如附圖1)的低溫區(qū)，基片放置于沉積 區(qū)。系統(tǒng)在加熱升溫前用機械泵反復(fù)抽真空并充Ar氣三次，以除去反應(yīng)系統(tǒng)中的氧氣和 水。在Ar氣保護下將沉積區(qū)升溫至700°C (升溫速率為10°C/min)，同時將低溫區(qū)快速(大 約10分鐘)升溫到80°C。當(dāng)溫度升至指定值時，將Ar氣流量調(diào)大至300 mL/min，并通入 NH3 20 mL/min, GaCl3蒸氣被Ar氣帶到沉積區(qū)與NH3氣反應(yīng)，在基片上沉積得到GaN產(chǎn)物。 反應(yīng)時間為2 4小時，反應(yīng)結(jié)束后系統(tǒng)在Ar氣保護下冷卻至室溫。從SEM和XRD的結(jié)果 表明，所得產(chǎn)物為六方相GaN納米線陣列(附圖2和附圖3 :S1)。實施例4以無水AlCl3為前驅(qū)物沉積制得AlN納米錐陣列。
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將無水AlCl3粉末放置于三段溫區(qū)管式爐(如附圖1)的低溫區(qū)，基片放置于沉積 區(qū)。系統(tǒng)在加熱升溫前用機械泵反復(fù)抽真空并充Ar氣三次，以除去反應(yīng)系統(tǒng)中的氧氣和 水。在Ar氣保護下將沉積區(qū)升溫至700°C (升溫速率為10°C/min)，同時將低溫區(qū)快速(大 約10分鐘)升溫到140°C。當(dāng)溫度升至指定值時，將Ar氣流量調(diào)大至300 mL/min，并通入 NH3 20 mL/min, GaCl3蒸氣被Ar氣帶到沉積區(qū)與NH3氣反應(yīng)，在基片上沉積得到AlN產(chǎn)物。 反應(yīng)時間為2 4小時，反應(yīng)結(jié)束后系統(tǒng)在Ar氣保護下冷卻至室溫。從SEM和XRD的結(jié)果 表明，所得產(chǎn)物為六方相AlN納米線陣列(附圖2和附圖3 :S11)
實施例5相分離的AWaN納米錐陣列的制備。偏離了實施例2中優(yōu)化的溫度范圍，可得到相分離WMGaN納米錐陣列。例如，反 應(yīng)前驅(qū)物GaCl3和AlCl3的蒸發(fā)溫度分別為114°C和140°C時，GaCl3的蒸發(fā)溫度偏高，這種 情況下所得納米錐產(chǎn)物的組成為GaN-AWaN(附圖5 :a, b);再如，反應(yīng)前驅(qū)物GaCl3和AlCl3 的蒸發(fā)溫度分別為80°C和162°C時，AlCl3的蒸發(fā)溫度偏高，這種情況下所得納米錐產(chǎn)物的 組成為 AlN-AlGaN (附圖 5 :c，d)。圖9中給出樣品(GaNJla34GEia66N, Ala61GEia39N和AlN納米結(jié)構(gòu))的開啟電場 (Eto)和閾值電場(Etto)如表1所示。表1. GaN，Ala34GEia 66N，Ala61GEia39N和AlN納米結(jié)構(gòu)的開啟電場(Et。)和閾值電場 (EthJ
權(quán)利要求
1.一種制備三元組分AlxGahN納米錐的方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積法，以無 水(^aCl3為鎵源，無水AlCl3為鋁源，在^iCl3和AlCl3的蒸發(fā)溫度分別為70 90°C和130 150°C條件下，與氮源反應(yīng)，生成單相AlxGiVxN納米錐，其中0<χ<1。
2.如權(quán)利要求1所述的制備三元組分Alx(;ai_xN納米錐的方法，其特征在于，氮源為NH3, 沉積溫度為65(T800°C。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制備三元組分AlxGai_xN納米錐的方法，其特征在于反應(yīng)時 間為2、小時。
4.如權(quán)利要求3所述的制備三元組分AlxGai_xN納米錐的方法，其特征在于鎵源和鋁源 蒸氣由流量為15(T400 mL/min的載氣Ar氣帶到沉積區(qū)，同時，流量為5 30 mL/min的氮源 氣體被輸送到沉積區(qū)與鎵源和鋁源蒸氣發(fā)生反應(yīng)，生成AWaN產(chǎn)物。
5.如權(quán)利要求1或2所述的制備三元組分AlxGai_xN納米錐的方法，其特征在于所述化 學(xué)氣相沉積法在三段溫區(qū)管式爐中進行，所述三段溫區(qū)管式爐中順序設(shè)有第一低溫區(qū)、第 二低溫區(qū)、沉積區(qū)，鎵源和鋁源分別置于第一低溫區(qū)和第二低溫區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備三元組分AlxGa1-xN納米錐的方法，可以實現(xiàn)0<x<1全成分范圍內(nèi)的調(diào)控。所述制備三元組分AlxGa1-xN納米錐的方法為采用化學(xué)氣相沉積法，以無水GaCl3為鎵源，無水AlCl3為鋁源，在GaCl3和AlCl3的蒸發(fā)溫度分別為70～90℃和130～150℃條件下，與氮源反應(yīng)，生成單相AlxGa1-xN納米錐，其中0<x<1。優(yōu)選氮源為NH3，沉積溫度為650~800℃。本發(fā)明在三段溫區(qū)的管式爐中精細(xì)調(diào)控反應(yīng)前驅(qū)物(GaCl3和AlCl3)的蒸氣分壓，得到的一維納米材料具有單晶結(jié)構(gòu)，成分分布均勻且可通過改變生長條件在全成分范圍內(nèi)(x=0~1)調(diào)變其Al/Ga原子比。
文檔編號C23C16/34GK102127807SQ201110033619
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者何承雨, 吳強, 王喜章, 胡征 申請人:南京大學(xué)