背景及概述^[1]

硒化鎵化學(xué)式GaSe，分子量148.68，暗棕紅色有潤(rùn)滑感的薄片狀晶體。硒化鎵熔點(diǎn)960 ±10℃，相對(duì)密度5.03^4～25。制法：由鎵和硒粉等摩爾量混合物在石英管中熔融而得。

納米結(jié)構(gòu)研究^[2]

層狀硒化鎵是一種重要的二元半導(dǎo)體,它具有各向異性、較寬的帶隙、新奇的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)等特性。這使得硒化鎵在太陽(yáng)能電池、光探測(cè)器及集成光電子器件等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。湖南大學(xué)唐路平首次報(bào)道了通過(guò)化學(xué)氣相沉積的方法自催化合成硒化鎵納米結(jié)構(gòu)的方法,通過(guò)合理的選擇反應(yīng)物和控制響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件,制備出了單晶GaSe納米帶、納米片以及大面積薄膜。

采用微納加工的方法研制了基于GaSe納米帶材料的場(chǎng)效應(yīng)晶體管和光電探測(cè)器,并對(duì)其光電子特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

（1）采用Ga和Ga₂Se₃作為反應(yīng)源在SiO₂片上自催化合成大量高質(zhì)量的GaSe納米帶。通過(guò)光學(xué)顯微鏡,SEM和AFM可以清晰地看到所得到納米帶表面平整干凈,寬度為1到20微米,尺度長(zhǎng)達(dá)十幾毫米,厚度大約100 nm左右。XRD,TEM及EDX測(cè)試顯示出我們得到的GaSe納米帶具有六方晶相結(jié)構(gòu),原子比例為Ga:Se=1:1且有很好的結(jié)晶質(zhì)量。單根納米帶的拉曼散射光譜及光致發(fā)光光譜的峰位和之前的報(bào)道一致,充分證明我們合成的GaSe納米帶有優(yōu)異的結(jié)晶質(zhì)量。

（2）以所合成的GaSe納米帶為材料,采用高精度的電子束曝光系統(tǒng)和熱蒸發(fā)的系統(tǒng)制作納米帶場(chǎng)效應(yīng)晶體管和光電探測(cè)器。測(cè)試顯示GaSe納米帶顯示出p型半導(dǎo)體的性質(zhì),這與之前的報(bào)告一致。其載流子遷移率為1.06 cm²V^-1S^-1,場(chǎng)效應(yīng)晶體管顯示出超低漏電流（小于1 pA）和高開(kāi)關(guān)比（106）。同時(shí),GaSe納米帶在520 nm激光照射下顯示出良好的功率相關(guān)響應(yīng)特性,該設(shè)備的R值可達(dá)164.4AW^-1,比已報(bào)告的GaSe光電探測(cè)器(2200 mA W^-1)高。對(duì)于光電探測(cè)器來(lái)說(shuō),可靠和快速的響應(yīng)速度是至關(guān)重要的。光開(kāi)關(guān)的上升時(shí)間τr和下降時(shí)間τd分別是0.26s和0.2s。這種高性能的響應(yīng)主要是由于GaSe單晶體的高質(zhì)量,這有助于減少缺陷誘導(dǎo)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)復(fù)合。對(duì)比同類(lèi)型的GaSe納米帶器件,我們發(fā)現(xiàn)我們制作的GaSe納米帶探測(cè)器具有更好的性能。

（3）在此基礎(chǔ)上,通過(guò)合理的控制反應(yīng)條件實(shí)現(xiàn)了大面積的GaSe薄膜的生長(zhǎng)。并且用SEM,AFM,TEM,PL,Raman等手段測(cè)試了所合成GaSe納米片的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)顯示本研究得到的大量的GaSe納米片具有較高的結(jié)晶質(zhì)量。GaSe納米片在大規(guī)模集成電路里面有很高的應(yīng)用前景。同時(shí)本研究還通過(guò)在Ga₂Se₃中加入In₂Se₃去合成Inx Ga_1-x-x Se納米帶來(lái)實(shí)現(xiàn)納米帶的帶隙調(diào)控問(wèn)題,獲得了In0.1Ga0.9Se納米帶。這些都是具有開(kāi)創(chuàng)性的工作。為后續(xù)進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 化合物詞典

[2] 唐路平. 硒化鎵納米結(jié)構(gòu)的CVD制備及其光電特性研究[D].湖南大學(xué),2018.