纳米氮化镓的制备方法

纳米氮化镓的制备

与制备单品CaN相比，制备纳米GaN要相对容易一些。目前在国外的一些文献中报导了某些制备纳米GaN的方法，使用这些方法可以制作出各种形态的纳米氮化镓，如纳米粉末，纳米线，纳米棒等等。比如溶胶凝胶法，化学气相沉积法，无机热熔法等。

1、溶胶凝胶法

溶胶凝胶法(sol—gel)法一般采用镓的某些配合物为前躯物，如用柠檬酸作为络合剂，与镓离子络合形成[Ga(C6H6O7)]络离子，然后在80～90℃左右的温度下进行充分搅拌至糊状后继续搅拌2 h左右，自然冷却即可得到透明凝胶，该物质为Ga：O，前驱物。再将前驱物置于马弗炉中以400℃左右的温度加热3—4 h，可以将凝胶中混有的有机物充分分解。该过程可以将前驱物进一步提纯，以制备更好的纳米氮化镓粉末。将加热后的前驱物置于清洁的石英舟上，放人管式炉中，先用流动的N：在较低温度下烘干，以蒸发凝胶中的残余有机物。再用流动的氨气在900～l 000℃的温度下反应30～60min，这个过程称为氨化或氮化过程。反应结束后在管式炉中通入氩气或氮气将石英舟冷却至室温，后从管式炉中取出，原先的透明凝胶转化为一层淡黄色的粉末，该粉末即为纳米氮化镓。采用溶胶凝胶法制备纳米CaN粉末设备较为简单，操作简便易行，产物纯度高，且制备前驱物使用的柠檬酸无毒无污染，是一种较为理想的制备方法。

2、化学气相沉积法

使用化学气相沉积法(CVD法)可以制备出GaN纳米线。该方法一般采用金属镓或氧化镓作为镓源，NH3作为氮源，在硅衬底上进行沉积。此外，该衬底通常涂上一层含镍(Ni2+)的溶液。将该溶液作为硅衬底的涂层，可以对反应起剑催化的作用。反应前，先将金属镓或者氧化镓粉末置于石英反应器的内层作为镓源，后将涂自-镍溶液的硅衬底垂直放入镓源混合物中。反应时通过石英反应器外层提高反应温度。当加热到300℃左右时，Ni2+逐渐分解为Ni(OH)z，随后分解为NiO，此时通入氢气，可以得到Ni催化剂，继续加热到700℃后停止通氢气，并通人氨气继续反应一段时问后自然冷却，在衬底上可得到GaN纳米线。

3、溶剂热法

使用溶剂热法可以实现纳米GaN粉末的低温合成。该方法采用GaCl，作镓源，Li，N或者NaN。作氮源，并用苯作为有机溶剂。操作时先将镓源溶于有机溶剂中，再将氮源加入上述溶液，将混合物放人高压釜中，仅需加热到280。300℃反应10～12h即可制备出GaN纳米粉末。该溶剂热法的操作十分简便，但缺点是反应使用的Li3N，NaN3及苯均有一定的毒性，尤其是NaN3，，有剧毒且不稳定，受震动和刮擦后易爆炸，故此方法的安全系数较低，对环境有一定的污染。

4 、电化学法

欲将GaN薄膜转化成纳米形态，可以使用电化学法。该方法先将制备好的GaN薄膜采用电子束蒸发法在其表而沉积1～2μm的铝膜，呈现出灰色光滑的镜面。再对铝膜进行阳极氧化处理，可以制备出多孔状的AAO掩模。然后将掩模的GaN材料置于等离子体刻蚀机中在氯气与惰性气体混合的气氛下进行5～10 min的ICP刻蚀，ICP功率和RF功率分别为400 W和150 W，腔压约0．5 Pa，刻蚀完成后可以得到纳米尺度的多孔GaN。此方法的技术要求较高，合成出的纳米GaN质量也较好。

5、无机热熔法

本实验室研制出一种制备纳米GaN的新方法——无机热熔法。以Ga2O3，作为镓源，NH4CI为氮源，过量金属镁粉作为还原剂，将三者混合均匀后，装入高压釜中，后将高压釜放进马弗炉中，在650℃的温度条件下反应8 h。自然冷却后取出生成物，用稀盐酸除去过量的镁粉，再将剩下的沉淀物用蒸馏水洗涤3～4次以除去其中的氯离子等杂质，最后用乙醇洗涤2～3次除去剩余的水分，在60℃的烘箱中烘干，得到淡黄色的粉末就是纳米GaN。此方法的设备十分简单，只需要一个高压反应釜和一台马弗炉，实验操作的安伞系数很高，是一种理想的制备方法。 ．

此外，还有一些合成纳米GaN的新方法，比如表面固态晶体反应法，该方法利用CN2H2与Ga2O3作为前驱体，在一个硅安瓿瓶中反应，反应温度为750℃；机械合金化法，该方法可以通过机械化学处理将Ga2O3，与Li3N混合在氨气中进行反应得到纳米GaN，这些新方法均可以制备出质量较好的纳米GaN粉末。

制备纳米氮化镓的各种方法大致相似，都要经过氮化的过程。在传统方法中，升温速率，氨气流量，反应温度等各种因素都会对产物的最终形貌产生影响。一般氨气流量为50～60 SCCM即可制备出较为平整的纳米线，当氨气流量达到100 SCCM时，纳米线在生长过程中受到了较大的外力作用而逐渐弯曲，更大的氨气流量町能会使其形成环状。一般的马弗炉升温速率为10℃／min，该速率下能够生长出较好的纳米氮化镓颗粒，团聚现象较不明显，但当升温速率减慢到5℃／min时，团聚现象将会比较明显。本实验室采用的无机热熔法无需调节氨气流量和升温速率，只需在合适的温度下即可制备出较好的纳米氮化镓粉末。