无催化β-Ga2O3纳米棒的可控制备*

尤洪禹，张如林，李荣斌，张 静，金 敏，王相虎

(上海电机学院 材料学院， 上海 201306)

0 引 言

一维纳米材料由于其新颖的物理性质和潜在的纳米器件应用前景，引起了广泛的实验以及理论研究[1-3]。纳米棒由于其在基础研究以及在低成本、小尺寸、低功耗等器件的应用中具有巨大潜力而受到了广泛的关注[4-7]。特别是具有宽带隙的氧化物纳米棒对于构建光电纳米器件的重要性[8-9]。

与其它宽禁带半导体材料相比较，氧化镓(Ga2O3)的禁带宽度为4.9 eV，且可以通过掺杂Al或In等实现带宽调控[10](3.9～8.0 eV)。Ga2O3具有α、β、γ、δ和ε 5个不同的晶相，其中，以单斜晶系β-Ga2O3最为稳定，具有良好的热稳定性、化学稳定性，可以通过掺杂Si、Sn[10]，或通过改变Ga、O化学计量[10]，提高Ga原子百分含量，增加氧空位(VO)比实现对n型电学性能的调控，具有广泛的应用潜力[11-15]。

在目前已知的文献中，制备β-Ga2O3纳米材料的方法有很多，包括水热法、射频磁控溅射法、溶胶-凝胶法、热蒸发法、电弧放电法、碳热还原激光烧蚀法和化学气相沉积法等[16-22]。纳米结构的物理和化学性质都与其尺寸、形状和尺寸有关，长宽比的微小变化可以显著改变光学、生物学和电学性质。因此，形貌控制的功能纳米结构合成在科学技术方面具有重要意义[23-25]。相比较于其他的生长方法，化学气相沉积法极具灵活性，CVD设备简单、操作简便、生产率高[26]。

在纳米光电子器件中，一维纳米结构材料非常重要，当载流子沿一维纳米方向输运时，其迁移率比在块材料或者薄膜中高，因此，实现β-Ga2O3一维纳米结构材料形貌的可控制备就显得尤为重要，然而，目前报道中，β-Ga2O3一维纳米结构的制备是通过催化剂(例如Ar)辅助生长，很少有无催化条件下利用CVD的方法实现纳米棒等一维纳米材料的可控制备。……