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旨在探究非贵金属Cu替代贵金属Au作为催化剂在柔性碳膜上制备高结晶的GaN纳米线的可行性,并研究其场发射特性及其机理。采用非贵金属Cu替代贵金属Au作为催化剂,在柔性碳膜上制备了直径约为20～100 nm,长度为3～15μm的高结晶的GaN纳米线,并通过工艺参数对其结构与尺寸进行调控,得到GaN纳米线薄膜的催化生长机制。通过对其场发射特性进行研究,发现其场发射性能与其纳米结构紧密相关,催化剂厚度以及薄膜弯曲状态可显著影响其场发射性能。结果表明,采用Cu作为催化剂所制备的GaN纳米线柔性薄膜的场发射电流具有较好的稳定性。该研究为GaN纳米线的低成本制备方法提供了可借鉴思路,同时也将为场发射柔性器件的制作提供了可行的技术手段。

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纳米线 Cu催化剂 柔性薄膜 低成本制备 氮化镓(GaN) 场发射

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The aim of this study is to investigate the feasibility of using non precious metal Cu as a catalyst instead of precious metal Au to prepare highly crystalline GaN nanowires on flexible carbon films, and to investigate their field emission characteristics and mechanisms. Non precious metal Cu instead of precious metal Au is used as a catalyst to prepare a flexible carbon film with a diameter of approximate 20 - 100 nm and a length of approximate 3 - 15 μm. The catalytic growth mechanism of GaN nanowire thin films was obtained by adjusting the structure and size of high crystalline GaN nanowires with m and process parameters. By studying its field emission characteristics, it is found that its field emission performance is closely related to its nanostructure, and the thickness of the catalyst and the bending state of the thin film can significantly affect its field emission performance. The field emission current of GaN nanowire flexible films prepared using Cu as a catalyst has good stability. This study provides a reference idea for low-cost preparation methods of GaN nanowires, and also provides feasible technical means for the production of field emission flexible devices. © 2024 Beijing University of Technology. All rights reserved.

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Cu catalyst low-cost preparation flexible film gallium nitride (GaN) nanowire field emission

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一种高性能自驱动GaN纳米线紫外探测器的制作方法涉及半导体光电探测领域，包括：(1)对绝缘衬底进行抛光，清洗后进行等离子体高温氮化处理；(2)生长多晶GaN纳米线；(3)设计非对称叉指电极，其中非对称叉指电极两级面积差介于0.3‑5mm2，叉指电极之间的指间距为50‑300μm，指宽为50‑200μm，整体叉指电极模块的长为1‑9mm，宽为1.5‑13mm。(4)将掩模版放置在GaN样品上，进行冷溅射。本发明利用制备非对称电极导致耗尽层宽度不同从而形成内建电势差，电势差大于0.1eV, 以此促进电子空穴对分离提高紫外响应速度，其光响应时间、恢复时间小于1ms；光响应度大于30mW/cm2，探测率大于1012Jones。

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采用一种绿色的等离子增强化学气相沉积法,以Al_2O_3为衬底, Ga金属为镓源, N2为氮源,在不采用催化剂的情况下,成功制备获得了结晶质量良好的GaN纳米线.研究表明,生长温度可显著调控GaN纳米线的形貌,当反应温度为950℃时,生长出的GaN微米片为六边形;当反应温度为1000℃时,生长出了长度为10—20μm的超长GaN纳米线.随着反应时间增加, GaN纳米线的长度增加. GaN纳米线内部存在着压应力,应力大小为0.84 GPa.同时,也进一步讨论了GaN纳米线无催化剂生长机制. GaN纳米线光致发光结果显示, GaN纳米线缺陷较少,结晶质量良好,在360 nm处有一个较为尖锐的本征发...

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等离子增强化学气相沉积 生长机理 无催化剂 GaN纳米线

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作为最重要的第三代半导体材料之一,纳米氮化镓(Ga N)也引起了人们的广泛关注与重视.本文采用微波等离子体化学气相沉积(microwave plasma chemical vapor deposition, MPCVD)系统,成功地制备出了四方截面的Ga N纳米线,其纳米线半径为300—500 nm,长度为15—20μm.研究发现,通过调控掺杂Mg的比例,可以实现其截面结构从三方向四方转变.通过进一步地研究Mg掺杂调控其截面结构的物理机制,提出其三方-四方截面结构的转变应该来源于其纳米线的气-液-固(VLS)生长向自催化气-固(VS)生长模式的转变.对所制备的纳米线进行了光致发光(photol...

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场发射 四方结构纳米线 氮化镓(GaN) Mg掺杂

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本发明涉及一种Mg掺杂GaN纳米线结构的制备方法。本发明提出采用元素掺杂的方法实现了GaN纳米线制备及其结构与形貌的调控。本发明采用MPCVD系统，以N2为N源，Ga2O3作为Ga源，MgO作为掺杂源，选择合适的还原剂防止氧化，选择合适工艺参数，通过调控Mg：Ga原子比例，可实现所制备的GaN纳米线截面在三方、四方及六方形结构进行调控。通过Mg掺杂调控实现了在常规GaN纳米线制备方法难以获得的四方形GaN纳米线，所制备的纳米线具有良好的结晶质量，在新型的GaN纳米线光电器件上具有良好的应用前景。

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采用一种绿色的等离子增强化学气相沉积法,以Al2O3为衬底,Ga金属为镓源,N2为氮源,在不采用催化剂的情况下,成功制备获得了结晶质量良好的GaN纳米线.研究表明,生长温度可显著调控GaN纳米线的形貌,当反应温度为950℃时,生长出的GaN微米片为六边形;当反应温度为1000℃时,生长出了长度为10—20μm的超长GaN纳米线.随着反应时间增加,GaN纳米线的长度增加.GaN纳米线内部存在着压应力,应力大小为0.84 GPa.同时,也进一步讨论了GaN纳米线无催化剂生长机制.GaN纳米线光致发光结果显示,GaN纳米线缺陷较少,结晶质量良好,在360 nm处有一个较为尖锐的本征发光峰,可应用于紫外激光器等光电子器件.本研究结果将为新型光电器件低成本绿色制备提供一个可行的技术方案.

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等离子增强化学气相沉积 无催化剂 GaN纳米线 生长机理

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作为最重要的第三代半导体材料之一,纳米氮化镓(GaN)也引起了人们的广泛关注与重视.本文采用微波等离子体化学气相沉积(microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)系统,成功地制备出了四方截面的GaN纳米线,其纳米线半径为300—500 nm,长度为15—20μm.研究发现,通过调控掺杂Mg的比例,可以实现其截面结构从三方向四方转变.通过进一步地研究Mg掺杂调控其截面结构的物理机制,提出其三方-四方截面结构的转变应该来源于其纳米线的气-液-固(VLS)生长向自催化气-固(VS)生长模式的转变.对所制备的纳米线进行了光致发光(photoluminescence,PL)光谱分析,结果表明四方结构Mg掺杂GaN纳米线发光峰红移至386 nm.采用所制备的纳米线进行了场发射性能研究,结果表明四方结构Mg掺杂GaN纳米线开启电场为5.2 V/μm,并能保持较高电流密度,相较于三方结构未掺杂GaN纳米线场发射性能有一定提高,进而分析掺杂以及形貌结构对GaN纳米线场发射的影响机制.研究结果不仅给出了一种四方结构GaN纳米线的制备方法,同时也为纳米线结构调控提出了新的思路与方法,将为新型纳米线器件设计与制作提供了新的技术手段.

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氮化镓(GaN) Mg掺杂 四方结构纳米线 场发射

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一种基于多晶GaN纳米线的自支撑电催化制氢电极，属于电催化制氢领域。本发明利用化学气相沉积方法，制备的多晶GaN纳米线/基底材料的结构可以直接作为为电催化制氢电极，无需任何催化剂负载或表面修饰即可用于电催化制氢，并表现出优异的电催化制氢性能。多晶GaN纳米线直径为90‑200nm，长度为4‑30μm，表面形貌粗糙，表现为金字塔岛状结构，同时具有丰富的缺陷与垂直于纳米线轴向的突起结构能够在电解水的催化过程中提供大量的活性位点，有利于电解液的扩散和气体的产生与脱附。本发明首次提出利用多晶GaN纳米线作为电催化析氢材料，这为探索新型电催化材料提供了崭新思路，也为研发已实现大规模生产的商用材料的新型性能开辟了新的道路。

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一种绿色无催化剂制备氮化镓纳米线的方法，属于无机化合物半导体材料制备与生长方法领域。本发明通过等离子增强化学气相沉积系统(PECVD)，在不使用任何催化剂条件下，以绿色无污染的N2作为氮源制备性能优异的一维线状的GaN纳米结构。本发明成本低廉，工艺简单，以抛光石墨为衬底，金属镓和碳粉为前驱体。在PECVD系统中，调节反应气压为30Pa‑50Pa；反应温度为825℃‑875℃；N2流速10‑40cm3/min；H2流速5‑10厘米cm3/min；射频电源功率80W‑120W，反应1‑3h得到产物。产物为六方纤锌矿结构的一维GaN纳米线，具有典型的紫光发光特征和优异的场发射性能。

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