【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于日盲紫外光电材料，具体涉及一种β-ga2o3纳米线、au-sn薄膜辅助生长的碳热还原制备方法及其在制备日盲紫外光探测器中的应用。
技术介绍
1、氧化镓(ga2o3)具有约4.9ev的直接带隙，禁带宽度对应日盲紫外波段(200～280nm)，且组分简单、成本低廉，是制备综合性能优异的日盲紫外探测器的优选材料。氧化镓有六种同分异构体，在常压下，单斜晶系的β-ga2o3是最稳定的。β-ga2o3材料的结构形态大致可以分为三类：体材料、薄膜材料以及纳米结构材料。与体材料和薄膜材料相比，β-ga2o3纳米结构材料由于载流子传输在各个方向存在差异，以及微纳结构自身的光腔使得其在光辐射下吸收光的效率更高，这导致纳米结构在接收到光信号后可以更有效地产生和分离电子-空穴对，具有比体材料和薄膜材料更高的光电灵敏度。β-ga2o3纳米结构材料紫外探测器件具有不同的构建方式，大体可以分为类薄膜器件、单根器件以及阵列器件三种。类薄膜器件的特点是纳米线结构相互联结在一起形成薄膜，再制备成器件，基于该类薄膜器件的光电导型探测器性能表现优良，但可以观察到制备的纳米线尺寸不一，器件的可重复性无法得到保证；单根纳米材料的晶体质量良好，但因其较小的尺寸，常常需要借助光刻工艺、电子显微镜等来实现单根器件的制备，可重复性差并且难以进行大面积集成；阵列结构可以将微纳材料进行有序排布，具有大的表面体积比，可以提供更好的光吸收，但制备阵列器件需要从纳米尺度上控制材料的生长，这对于设备的精度和制备方法的选择都提出了较高的要求，如何制备出均匀性可控的氧化镓纳米线阵列
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种β-ga2o3纳米线、au-sn薄膜辅助生长的碳热还原制备方法及其在制备日盲紫外光探测器中的应用。本专利技术利用不同的au-sn薄膜结构以及au、sn薄膜厚度比获得不同尺寸及形貌结构的β-ga2o3纳米线，为提高具有良好排列和均匀分布的β-ga2o3纳米材料的产量和研制高性能的β-ga2o3基紫外探测器件提供了一种方案。
2、本专利技术所述的一种β-ga2o3纳米线的au-sn薄膜辅助生长的碳热还原制备方法，其步骤如下：
3、蓝宝石基板、au薄膜、sn薄膜和β-ga2o3纳米线，所述au薄膜和sn薄膜通过两种不同的沉积顺序((1)au薄膜在sn薄膜下方沉积(2)au薄膜在sn薄膜上方沉积)形成两种不同的au-sn薄膜结构并置于蓝宝石基板上方，所述β-ga2o3纳米线是基于两种不同的au-sn薄膜结构辅助生长的。
4、所述β-ga2o3纳米线由碳热还原反应配合气-液-固(vls)与气-固(vs)方式的热氧化工艺制得。
5、所述碳热还原反应配合vls与vs方式的热氧化工艺为：
6、(1)在高真空腔室内，通过蒸镀工艺在蓝宝石基板上沉积8～15nm厚的au薄膜，或通过溅射工艺在蓝宝石基板上沉积15～150nm厚的sn薄膜；
7、(2)在高真空腔室内，通过溅射工艺在au薄膜上沉积15～150nm厚的sn薄膜，从而在蓝宝石基板上得到au-sn薄膜；或通过蒸镀工艺在sn薄膜上沉积8～15nm厚的au薄膜，从而在蓝宝石基板上得到sn-au薄膜；
8、(3)将步骤(2)中的蓝宝石基板沉积薄膜面朝下放置在刚玉舟中并添加镓源，将刚玉舟放入管式炉中央对步骤(2)的薄膜进行热氧化，从而在蓝宝石基板上得到β-ga2o3纳米线。
9、进一步，步骤(1)和步骤(2)中，所述高真空腔室的真空度高于10-4pa。
10、进一步，步骤(3)所述热氧化过程包括升温阶段、反应阶段和降温阶段。
11、在蓝宝石基板上沉积的au-sn薄膜或sn-au薄膜，在后续加热过程中将熔化分裂形成au-sn合金液滴，为纳米线生长提供晶核。称取0.5～1.0g ga2o3粉末(纯度99.999％)和0.75～1.5g石墨粉末充分研磨并混合均匀作为镓源置于刚玉舟内，升温阶段，设定升温速率为900℃以下10℃/min，900℃以上5℃/min，持续的时间为90～130min，管式炉中通入80～120sccm的ar作为保护气体和载气并进行均匀升温到900～1100℃；反应阶段，保持恒温并通入5～10sccm的o2且持续通入80～120sccm的ar气，气压保持在80～120pa，持续的时间为20～40min，此时，蓝宝石基板上的au-sn薄膜或sn-au薄膜由于高温作用已形成液态的合金液滴，之后该合金液滴将继续从周围环境中吸收更多的镓原子和氧原子并催化β-ga2o3纳米线的生长；最后，在降温阶段，继续通入80～120sccm的ar，并均匀降温至室温，持续80～100min；经过上述操作，从而在蓝宝石基板上得到β-ga2o3纳米线。
12、本专利技术所述的一种β-ga2o3纳米线，其是由上述方法制备得到。
13、本专利技术制备的β-ga2o3纳米线可以用于制备日盲紫外探测器件。
14、所述日盲(200～280nm波段)紫外探测器件的制备细节描述如下：步骤包括通过光刻工艺制备指间间距为15～30μm的叉指电极模板，并利用该电极模版在制备β-ga2o3纳米线的蓝宝石基板上蒸镀80～120nm厚的au电极；随后，采用铜导线与外部电路进行连接，从而对β-ga2o3纳米线构成的msm结构光电探测器的性能进行综合测试。
15、本专利技术的有益效果：
16、本专利技术所述制备的β-ga2o3纳米线由碳热还原反应配合vls与vs方式的热氧化工艺制备得到，合成方式简单，制备成本低廉，通过两种不同的au-sn薄膜或sn-au薄膜结构实现了对β-ga2o3纳米线尺寸及形貌结构的调控；相比于au薄膜，本专利技术所述方法在β-ga2o3纳米线的制备过程中引入sn元素掺杂，为提高具有良好排列和均匀分布的β-ga2o3纳米材料的产量和研制高性能的β-ga2o3基紫外探测器件提供了一种方案。
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1.一种β-Ga2O3纳米线的Au-Sn薄膜辅助生长的碳热还原制备方法，其步骤如下：
2.如权利要求1所述的一种β-Ga2O3纳米线的Au-Sn薄膜辅助生长的碳热还原制备方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(2)中，所述高真空腔室的真空度高于10-4Pa。
3.如权利要求1所述的一种β-Ga2O3纳米线的Au-Sn薄膜辅助生长的碳热还原制备方法，其特征在于：步骤(3)所述热氧化过程包括升温阶段、反应阶段和降温阶段，首先称取0.5～1.0g Ga2O3粉末和0.75～1.5g石墨粉末充分研磨并混合均匀作为镓源置于刚玉舟内；升温阶段，设定升温速率为900℃以下10℃/min，900℃以上5℃/min，持续的时间为90～130min，管式炉中通入80～120sccm的Ar作为保护气体和载气并进行均匀升温到900～1100℃；反应阶段，保持恒温并通入5～10sccm的O2且持续通入80～120sccm的Ar气，气压保持在80～120Pa，持续的时间为20～40min，此时，蓝宝石基板上的Au-Sn薄膜或Sn-Au薄膜由于高温作用已形成液态的Au-Sn合金液滴，之后该
4.一种β-Ga2O3纳米线，其特征在于：是由权利要求1～3任何一项所述的方法制备得到。
5.权利要求4所述的一种β-Ga2O3纳米线在制备日盲紫外光探测器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种β-ga2o3纳米线的au-sn薄膜辅助生长的碳热还原制备方法，其步骤如下：
2.如权利要求1所述的一种β-ga2o3纳米线的au-sn薄膜辅助生长的碳热还原制备方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(2)中，所述高真空腔室的真空度高于10-4pa。
3.如权利要求1所述的一种β-ga2o3纳米线的au-sn薄膜辅助生长的碳热还原制备方法，其特征在于：步骤(3)所述热氧化过程包括升温阶段、反应阶段和降温阶段，首先称取0.5～1.0g ga2o3粉末和0.75～1.5g石墨粉末充分研磨并混合均匀作为镓源置于刚玉舟内；升温阶段，设定升温速率为900℃以下10℃/min，900℃以上5℃/min，持续的时间为90～130min，管式炉中通入80～120sccm的ar作为保...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅，国家睿，刘一鸣，彭翀，常奕扬，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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