【国内论文】温度调制可在薄膜上原位生长出具有多种形态的氧化镓纳米结构

        近期，华北电力大学的研究团队在学术期刊Ceramics International发布了一篇名为Temperature modulation enables in situ growth of gallium oxide nanostructures on thin films exhibiting diverse morphologies（温度调制可在薄膜上原位生长出具有多种形态的氧化镓纳米结构）的文章。

摘要

        本研究利用氢还原化学气相沉积（CVD）技术在(0001)面Al₂O₃衬底上成功合成了三种氧化镓薄膜，通过不同的沉积温度，获得了不同的形貌和晶相。这些薄膜包括两个纯相的β-Ga₂O₃薄膜和一个由β和ε-Ga₂O₃相组成的混合相薄膜。混合相样品在高温下退火后得到纯相的β-Ga₂O₃薄膜。此外，通过精确控制生长温度，我们在β-Ga₂O₃薄膜表面原位形成了氧化镓纳米结构（纳米线和纳米带）。通过X射线衍射分析（XRD）验证了样品中不同的主要晶面。在直接生长的β-Ga₂O₃薄膜中，（−201）面成为主要晶面，而在通过ε-Ga₂O₃薄膜退火得到的β-Ga₂O₃薄膜中，（−201）和（401）面占主导地位。拉曼光谱结果进一步支持了通过XRD分析观察到的薄膜晶相。扫描电子显微镜（SEM）图像展示了由于沉积温度变化而导致的不同薄膜形貌。当薄膜中存在较高比例的ε-Ga₂O₃时，观察到更平坦的表面，但退火后发生了规则的裂纹。原子力显微镜（AFM）图像显示，在800°C的沉积温度下，薄膜表面存在规则的台阶。混合相薄膜表现出丘状形貌，但在退火后消失，导致表面粗糙度均方根值（RMS）下降。通过提高生长温度，显著增强了氧化镓纳米带的密度，可以无缝地集成到薄膜表面。转移的纳米带表现出超薄的特征，最小厚度仅为12 nm，与传统的机械剥离方法相比，更纤细且更具有经济优势。本研究提出了一种基于CVD的方法，通过温度调节生长具有不同形貌的氧化镓薄膜，并展示了一种在氧化镓薄膜上原位生长纳米结构的一步法，为未来涉及氧化镓的器件开发提供了宝贵的见解。

DOI：doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.05.485