氧化鎵是一種新型的寬禁帶半導(dǎo)體材料,其禁帶寬度為~4.9 eV,對應(yīng)波長為253 nm,是天然的日盲紫外探測材料,近年來越來越受到研究人員的關(guān)注,并成為研究熱點。目前,基于高結(jié)晶度氧化鎵材料的日盲探測器具有高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,但通常都是以藍(lán)寶石和石英等剛性材料為襯底,無法彎曲,限制了器件的應(yīng)用范圍。隨著人們對便攜化、娛樂化、健康化的可穿戴式電子設(shè)備不斷追求,柔性光電子紡織品在未來具有巨大的市場前景,直接在柔性襯底上生長高結(jié)晶度的氧化鎵具有重要的科學(xué)意義和實用價值。本文圍繞氧化鎵材料的基本物性,結(jié)合我校紡織學(xué)科的特色,開展了玻璃纖維織物上高結(jié)晶度β相Ga_2O_3納米柱陣列和納米線的原位生長及其在柔性日盲紫外探測器方面的應(yīng)用基礎(chǔ)研究,取得以下幾個方面的成果:(1)在剛性襯底上探索了高結(jié)晶度Ga_2O_3納米柱陣列的生長及其日盲探測器的制備。采用水熱法在FTO襯底上原位生長GaOOH納米柱陣列,并在400℃和700℃退火分別轉(zhuǎn)變成α-Ga_2O_3和更加穩(wěn)定的β-Ga_2O_3納米柱陣列。分別制備了基于α-Ga_2O_3和β-Ga_2O_3納米柱陣列的光電化學(xué)型日盲紫外探測器,均表現(xiàn)出明顯的日盲紫外光電特性,β-Ga_2O_3納米柱日盲探測器表現(xiàn)出更好的光電性能。(2)在柔性襯底玻璃纖維織物上采用水熱法加后退火的方式原位生長獲得了高結(jié)晶度β相Ga_2O_3納米柱陣列,并制作了日盲光電探測器。采用磁控濺射法在玻璃纖維織物上先沉積一層ITO薄膜,然后通過水熱法原位生長了GaOOH納米柱陣列,并退火得到β-Ga_2O_3納米柱陣列。結(jié)果表明,β-Ga_2O_3納米柱沿著玻璃纖維絲圓柱體表面垂直生長,形貌均勻、整齊,呈菱形柱狀,其截止吸收邊為265 nm,對應(yīng)的帶隙為4.66 eV。制備了基于玻璃纖維織物Ag/ITO/β-Ga_2O_3NRAs/Ag垂直結(jié)構(gòu)的日盲紫外探測器,在254 nm紫外光照下,該探測器的光電流隨著光功率的增加而增加,同時隨著偏壓的增大而增大。當(dāng)外加偏壓為1.0 V、光功率密度為1.0 mW/cm~2的254 nm紫外光照時,該探測器在彎曲下的光電流達(dá)到13.5 pA,與在平面狀態(tài)下幾乎相同,表明該探測器適合用作柔性光電器件。(3)在柔性襯底玻璃纖維織物上采用化學(xué)氣相沉積法原位生長獲得了高結(jié)晶度β相Ga_2O_3納米線,并制作了日盲光電探測器。采用化學(xué)氣相沉積法制備了β-Ga_2O_3納米線和納米草,在少氧氣氛下β-Ga_2O_3納米線的生長過程受VLS和VS機(jī)理共同控制,而在富氧氣氛下β-Ga_2O_3納米草受VS機(jī)理控制。制備了基于玻璃纖維織物/β-Ga_2O_3納米線的日盲紫外探測器,該探測器在光功率密度為1500μW/cm~2的254 nm紫外光照射下表現(xiàn)出高的光暗比(24.79)和高的光電流密度(3.39μA/cm~2)、高的光響應(yīng)度(0.71 A/W)、高的外量子效率(246.6%)和快的響應(yīng)速度(0.37s、0.19s)。
【學(xué)位單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN23;TB383.1
【部分圖文】：

玻璃纖維織物上氧化鎵納米陣列的原位生長及其柔性日盲紫外探測器的研究。在這些同分異構(gòu)體中，β-Ga2O3最穩(wěn)定，其他相均為亞穩(wěn)相，這些亞穩(wěn)相在定的溫度下都能轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定的 β-Ga2O3[21]，如圖 1.2 所示。例如： -Ga2O3在溫 700 ℃以上就轉(zhuǎn)變?yōu)?β-Ga2O3，γ， 和 κ 相則分別在 550 ℃，500 ℃和 500 ℃溫度條件下轉(zhuǎn)變?yōu)?β 相，而 相為中間相，其在 400 ℃轉(zhuǎn)化為 相，再在 500 ℃變?yōu)?β 相。同時它們的逆過程也是可以實現(xiàn)的，通過施加高壓 β-Ga2O3在 4 GPa可以轉(zhuǎn)變?yōu)?-Ga2O3，而 -Ga2O3在 37 GPa 下則可以轉(zhuǎn)變?yōu)?-Ga2O3[29]。

下轉(zhuǎn)變?yōu)?β 相，而 相為中間相，其在 400 ℃轉(zhuǎn)化為 相，再在。同時它們的逆過程也是可以實現(xiàn)的，通過施加高壓 β-Ga2O3在為 -Ga2O3，而 -Ga2O3在 37 GPa 下則可以轉(zhuǎn)變?yōu)?-Ga2O3[29圖 1.1 Ga2O3幾種同分異構(gòu)體的晶體結(jié)構(gòu)[21-23]Figure 1.1 Crystal structures of several isomers of Ga2O3[21-23].

浙江理工大學(xué)博士學(xué)位論文蝕法[38]，電弧放電法[39]，碳熱還原法[40]，微波等離子體法[41]，金屬有機(jī)相沉積法[42]以及水熱法[43,44]等。 熱氧化法Patil-Chaudhari 等[30]在馬弗爐里通過高溫氧化 GaAs 制備了 Ga2O3納米線 在 1050 °C 高溫下加熱時，會分離，砷被蒸發(fā)掉，留下液體鎵富集在表面氣流作用下被緩慢氧化成 Ga2O3納米線。Bayam 等[45]利用該方法制O3納米線的時候發(fā)現(xiàn)，納米線形成之前，液體鎵首先是形成薄膜狀潤濕面，然后高溫下形成鼓包并破裂，使液體鎵完全暴露在氣體中，最終被氧Ga2O3納米線(圖 1.3)。
【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：2849674