论文摘要
本文采用氨化磁控溅射Ga2O3/Ti和Ga2O3/TiO2薄膜的方法在硅衬底上合成了GaN纳米结构。通过研究不同生长条件对制备GaN纳米结构的影响,初步提出并探讨了此方法合成GaN纳米结构的生长机制。我们首先利用磁控溅射系统在Si衬底上制备Ti薄膜,然后将样品在氨气气氛中退火,用X射线衍射（XRD）和傅里叶红外吸收谱（FTIR）分析了样品的结构和组分。通过研究Ti/Si薄膜在NH3中的行为,了解到Ti很容易与Si反应生成TiSi2,Ti在高温下也可以和NH3反应生成TiN。但随着温度的升高,都有转化为TiO2的趋势。这和我们的热力学分析结果也是一致的。我们利用磁控溅射系统先在Si衬底上制备Ga2O3/Ti薄膜,接着在氨气气氛中退火制备GaN纳米结构。用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外吸收谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）等测试手段详细分析了GaN纳米材料的结构、组分和形貌特性。结果表明:合成的纳米结构为六方纤锌矿结构的GaN;氨化温度和Ti薄膜的厚度都对一维GaN纳米结构的结晶质量和形貌产生很大的影响。随着氨化温度的升高,纳米结构的结晶质量逐渐变好,直径逐渐变大,但当氨化温度升高到1000℃时,纳米结构的结晶质量开始下降,直径又开始变细。另外选用不同的中间层厚度,发现得到的纳米结构形貌各异,说明中间层的厚度对GaN纳米结构的合成也有很大的影响;GaN纳米结构的生长机制可归结为气体—固体（VS）生长机制,其中Ti与Si衬底的反应使Si表面的表面能分布不再均匀,对GaN纳米线的生长起到重要作用。我们利用磁控溅射系统在Si衬底上制备Ga2O3/TiO2薄膜,接着在氨气气氛中退火制备GaN纳米结构。用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外吸收谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）等测试手段详细分析了GaN纳米材料的结构、组分和形貌特性。结果表明:在TiO2中间层上生长出的GaN材料的结晶特别好。说明TiO2在其它生长GaN薄膜的方法中极有可能是一种很有前途的中间层材料。另外我们还发现,不同的退火温度,不同氨化时间和不同的缓冲层厚度对GaN薄膜表面纳米结构的形貌和质量有很大影响。我们将TiO2中间层对GaN纳米线生长的影响也初步地归结到中间层对Si片表面的表面能分布的影响上。