【国际论文】先进制备具有调谐带隙和光学特性的氧化镓三维的微/纳米结构

        近期，由加拿大安大略理工大学的研究团队在学术期刊《Micromachines》发布了一篇名为Advanced Fabrication of 3D Micro/Nanostructures of Gallium Oxide with a Tuned Band Gap and Optical Properties（先进制备具有调谐带隙和光学特性的氧化镓三维的微/纳米结构）的文章。

摘要

         由于具有宽带隙和高击穿电压，氧化镓（Ga₂O₃）是用于高功率半导体应用的理想材料。然而，目前用于制备Ga₂O₃纳米结构的方法存在几个缺点，包括复杂的制造工艺和高成本。在本研究中，我们报告了一种新颖的方法，利用超短激光脉冲进行β-Ga₂O₃纳米结构在磷化镓（GaP）上的原位生成（ULPING）。我们变化了工艺参数以优化纳米结构形成，发现ULPING方法与现有方法相比，可以更简单、更具成本效益地制备高质量的β-Ga₂O₃纳米结构。利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱X射线分析（EDX）对样品进行了表征，结果显示存在磷。X射线光电子能谱（XPS）确认了氧化镓的形成，以及少量含磷化合物的存在。利用X射线衍射（XRD）进行的结构分析显示了单斜β-多晶形态的Ga₂O₃的形成。我们还利用反射电子能量损失谱（REELS）测量了材料的带隙，并发现随着纳米结构形成的增加，带隙也增加，优化样品的带隙达到了6.2 eV。此外，我们观察到异质结排列的变化，我们将其归因于样品氧化的变化。我们的结果表明，ULPING作为一种新颖、简单和成本效益高的方法，可以制备具有可调光学性能的Ga₂O₃纳米结构。ULPING方法为现有制备方法提供了一种绿色替代方案，使其成为未来Ga₂O₃纳米结构制备领域的有前景技术。

图 1. 氧化镓纳米结构样品的合成、表征和测试步骤。在三组样品中，每种参数都有所变化，所有样品都使用了一组共同的参数（Ga1）。我们使用多种分析技术对合成的纳米粒子进行了表征，包括扫描电子显微镜 (SEM)、能量色散 X 射线光谱 (EDX)、X 射线光电子能谱 (XPS)、反射电子能量损失能谱 (REELS) 和 X 射线衍射 (XRD)。在进行 SEM 和 EDX 分析之前，先对样品进行了铂溅射。

图 2. 不同功率样品的扫描电镜图像。(a) GA1：1 μm (50,000×)、5 μm (10,000×) 和 2 μm (35,000×)；(b) GA2：1 μm (50,000×)、5 μm (10,000×) 和 2 μm (35,000×)；(c) GA3：1 μm (50,000×)、5 μm (10,000×) 和 2 μm (35,000×)。