CN100386264C - 一种无机化合物氮化镓纳米线的制取方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种无机化合物氮化镓纳米线的制取方法，它是以化学物质氧化镓为原料，以氧化铟为催化剂，以氨气为反应气体，以氩气为保护气体，以无水乙醇为混合剂，以丙酮、无水乙醇、去离子水为单晶硅衬底基板清洗剂，经合理的化学物质精选、配比、纯度控制、催化剂、反应气体和保护气体输入、混合剂、清洗剂的优化使用，通过原料研磨、过筛、超声清洗基板、原料和催化剂的超声分散混合悬浊、匀胶机均匀涂覆悬浊液、干燥处理、抽真空、输氩气、氨气、高温氨化、化合反应、纳米线生长、冷却、检测分析对比，最终得到高纯度的白色、实心、线形氮化镓纳米线，产物形貌均匀，直径在50nm-70nm，单根线形平均长度90μm，化学、物理、光学性能稳定，制取生长方法流程短，使用设备少，产物产收率高，可达95%，纯度好，可达98%，是十分理想的制取白色、实心、线形氮化镓纳米线的方法。

Description

一种无机化合物氮化镓纳米线的制取方法

技术领域

本发明涉及一种无机化合物氮化镓纳米线的制取方法，属无机化合物的制取与生长方法的技术领域。

背景技术

氮化镓是一种III-V族无机化合物半导体材料，室温下禁带宽度为3.4eV，激子束缚能为20meV，具有优良的材料力学性能、机械性能、高发光效率、高热导率、耐高温、耐酸碱等特性，被誉为第三代半导体材料，是制作蓝、绿发光二极管、激光二极管、紫外探测器和光电器件的理想材料，其一维结构在高电子迁移率纳米电子器件、全色平板显示等领域具有广泛的应用前景。

氮化镓纳米线的制取、生长方法分为两种形式，即物理法和化学法，其中，物理法包括升华法、激光烧蚀法、激光沉积法、蒸发冷凝法、电弧放电法，化学法包括直接反应法、化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法、溶液反应法、电化学法、聚合法、模板法等等；这些制备方法，虽然都能制取和生成氮化镓纳米线，但也存在着很多不足，有的制备周期长，能源浪费大，污染严重；有的产收率低，产物纯度低；有的依靠模板的限制作用，生长工艺对设备的依赖性强，生长工艺难以实现；有的制备生成的产物化学、物理、光学性能不够稳定，不利于产物的广泛应用；有的制备生长方法工艺流程衔接的不够严密，配比不合理，使产物的形貌不够理想。

发明内容

发明目的

本发明的目的就是针对背景技术的不足，采用一种全新的化学气相沉积法和制取参数，以氧化镓为原料，以氧化铟为催化剂，以氨气为反应气体，以氩气为保护气体，以无水乙醇为混合剂，以单晶硅片为生长载体即基板衬底，以丙酮、无水乙醇、去离子水为单晶硅片清洗剂，采用研磨、过筛、超声分散混合原料细粉、超声清洗基板衬底、匀胶机甩涂混合悬浊液、真空状态下氩气保护、高温氨化、生长，以制取形貌均匀、白色、实心、线形氮化镓纳米线，以简化制备工艺、提高产物的产收率和纯度。

技术方案

本发明使用的化学物质为：氧化镓、氧化铟、丙酮、无水乙醇、氨气、氩气、去离子水

其组合配比是：以克、毫升、厘米³为计量单位

氧化镓：    Ga₂O₃       0.5克±0.0005克

氧化铟：    In₂O₃       0.2克±0.0005克

丙酮：      CH₃COCH₃    5毫升±0.5毫升

无水乙醇：  CH₃CH₂OH    15毫升±0.5毫升

氨气：      NH₃         2400厘米³±10厘米³

氩气：      Ar          1000厘米³±5厘米³

去离子水：  H₂O         10毫升±1毫升

本发明的制取生长方法如下：

1)精选化学物质

对配比所需的化学物质进行精选，并进行纯度控制：

氧化镓：      99.99％

氧化铟：      99％

丙酮：        99.5％

无水乙醇：    99.7％

氨气：        99.999％

氩气：        99.999％

去离子水：    99％

2)研磨、过筛

对配比所需的化学物质原料氧化镓、催化剂氧化铟要分别用玛瑙研钵、研磨棒进行研磨，然后过筛，筛网目数为400目，研磨、过筛反复进行，使原料成微粉，粉粒平均粒径为0.0185mm；

3)超声清洗衬底基板单晶硅片(10mm×10mm×1mm)

对置放氧化镓、氧化铟的单晶硅片要用超声清洗器进行清洗，先用丙酮5毫升±0.5毫升在清洗器中清洗30分钟±1分钟，然后将单晶硅片取出，用无水乙醇5毫升±0.5毫升进行二次清洗30分钟±1分钟，最后用去离子水10毫升±1毫升对单晶硅片进行三次清洗30分钟±1分钟；

4)真空干燥处理

将清洗后的单晶硅片置于真空烘干箱中，进行干燥处理，烘干温度为60℃±2℃，烘干时间为60分钟±2分钟；

5)超声分散混合

称取氧化镓0.2克±0.0005克，置于烧杯中，向烧杯中加入无水乙醇5毫升±0.5毫升，将烧杯置于数控超声清洗器中，超声分散混合30分钟±1分钟，使其成均匀的氧化镓无水乙醇悬浊液；

称取氧化铟0.2克±0.0005克，置于烧杯中，向烧杯中加入无水乙醇5毫升±0.5毫升，将烧杯置于数控超声清洗器中，超声分散混合30分钟±1分钟，使其成均匀的氧化铟无水乙醇悬浊液；

6)涂覆氧化镓无水乙醇悬浊液

将氧化镓无水乙醇悬浊液用匀胶机均匀的甩涂在洁净的单晶硅片上，匀胶机边旋转边甩涂，使其涂覆均匀，使悬浊液在单晶硅片上形成一层白色薄膜；

7)干燥处理

单晶硅片上的白色薄膜随同单晶硅片一起置于真空烘干箱中进行干燥处理，烘干温度为60℃±2℃，烘干时间为20分钟±2分钟；

8)涂覆氧化铟无水乙醇悬浊液

将氧化铟无水乙醇悬浊液用匀胶机均匀地甩涂在单晶硅片已形成的白色薄膜上，再形成一层淡黄色薄膜；

9)干燥处理

单晶硅片上的淡黄色薄膜随同单晶硅片一起置于真空烘干箱中进行干燥处理，烘干温度为60℃±2℃，烘干时间为20分钟±2分钟。

10)高温氨化反应

将干燥后的单晶硅片及其上的白色薄膜和淡黄色薄膜一起置于石英产物舟中，在产物舟中沿氨气输入方向距离单晶硅片5mm±0.5mm处置放氧化镓微粉0.3克±0.0005克；

然后，打开管式高温炉，将石英产物舟及反应物一起置于管式高温炉中的高温区，然后将氩气输入管、氨气输入管、抽气管、真空泵接入管式高温炉，要严格密封、防止漏气；

管式高温炉抽真空：开启真空泵，将管式高温炉中的空气抽出，使管式高温炉处于真空状态，真空度保持在0.08Mpa，并连续抽真空；

开启管式高温炉，使其从常温20℃±3℃升温至1000℃±5℃，升温速度为8℃/分钟，升温时间为122分钟±2分钟，恒温保温时间为45分钟±2分钟；

输入保护气体氩气Ar：打开氩气瓶开关、气体流量显示仪、氩气输入管，向管式高温炉输入惰性保护气体氩气1000厘米³±5厘米³，输入速度为200厘米³/分钟，输入时间为5分钟±0.5分钟；

输入反应气体氨气NH₃、进行氨化反应、产物生长：关闭氩气输入开关，开启氨气输入开关并进行流量控制，向管式高温炉输入氨气2400厘米³±10厘米³，输入速度为60厘米³/分钟，输入时间为40分钟±2分钟，使氧化镓和氨气充分反应，反应式如下：

式中：

H₂--氢气

在氨化反应过程中，在1000℃±5℃时，氨气NH₃逐渐分解，可知氢气H₂存在于氨化反应系统中，在催化剂氧化铟In₂O₃的作用下，氢气H₂将氧化镓Ga₂O₃还原为氧化亚镓Ga₂O气体，气相的氧化亚镓Ga₂O与氨气NH₃反应生成氮化镓GaN分子，沉积在单晶硅片基板表面，形成氮化镓GaN晶核，氮化镓晶核按气态-固态机理继续生长，最终生长为平直光滑的氮化镓GaN纳米线；

在1000℃±5℃下，在氧化镓与反应气体氨气的反应过程中，单晶硅片上的淡黄色薄膜变成了白色薄膜，即反应生成了白色、实心、线形氮化镓纳米线；

11)冷却

将真空泵和管式高温炉同时关闭，使石英产物舟及产物随炉冷却至常温20℃±3℃，冷却速度为5℃/分钟，冷却时间为196分钟±5分钟；

12)收集产物

冷却后，将石英产物舟及产物从管式高温炉中取出，将单晶硅片上的产物收集于无色透明的玻璃瓶中，密闭保存；

13)检测、分析、对比

对制取、生长的白色、实心、线形氮化镓纳米线的形貌、结构、成分、纯度、线形长度、直径、化学、物理、光学性能进行检测分析、对比，用X射线衍射仪进行氮化镓结构分析，用场发射扫描电子显微镜进行氮化镓纳米线形貌分析，用化学分析仪进行产收率分析，用电子分散能谱进行纯度分析；

14)储存

对制取、生长的白色、实心、线形氮化镓纳米线产物，置于无色透明的玻璃容器中，在干燥洁净的环境中密闭储存，储存温度为20℃±3℃，要严格防水、防潮、防晒、防酸碱侵蚀。

所述的氮化镓纳米线的制取是以氧化镓Ga₂O₃为原料，以氧化铟In₂O₃为催化剂，以氨气NH₃为反应气体，以惰性气体氩气Ar为保护气体，以单晶硅片为衬底基板，以无水乙醇CH₃CH₂OH为混合剂，以丙酮CH₃COCH₃、无水乙醇CH₃CH₂OH、去离子水H₂O为基板单晶硅片清洗剂。

所述的氮化镓纳米线的制取、生长是在管式高温炉中进行的，高温氨化反应、生长温度为1000℃±5℃，从常温20℃±3℃开始升温，升温速度为8℃/分钟，升温时间122分钟±2分钟，恒温保温时间为45分钟±2分钟；输入保护气体氩气时间为5分钟±0.5分钟，输入保护气体氩气量为1000厘米³±5厘米³，输入速度为200厘米³/分钟；输入反应气体氨气时间为40分钟±2分钟，输入氨气量为2400厘米³±10厘米³，输入速度为60厘米³/分钟；管式高温炉内真空度保持在0.08MPa。

效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，它是以氧化镓Ga₂O₃为原料，以氧化铟In₂O₃为催化剂，以氨气NH₃为反应气体，以惰性气体氩气Ar为保护气体，以单晶硅片为衬底基板，以无水乙醇CH₃CH₂OH为混合剂，以丙酮CH₃COCH₃、无水乙醇CH₃CH₂OH、去离子水H₂O为基板单晶硅片清洗剂，采用了合理的化学物质配比，精选并进行了纯度控制，催化剂、反应气体、保护气体、混合剂、清洗剂的优化使用，通过原料研磨、过筛、超声清洗基板、超声分散混合原料、催化剂、匀胶机甩涂无水乙醇悬浊液、干燥处理、抽真空、氩气保护、氨气输入、高温氨化反应、冷却、检测分析对比，最终得到高纯度的白色、实心、线形氮化镓纳米线，产物形貌排列均匀，呈线形，直径为50nm-70nm，单根线形平均长度可达90μm，化学、光学、物理性能稳定，该制取、生长方法使用设备少，工艺流程短，产收率高，可达95％，纯度好，可达98％，是十分理想的制取白色、实心、线形氮化镓纳米线的方法。

附图说明

图1为氮化镓纳米线制取工艺流程图

图2为氨化温度、恒温保温、冷却时间坐标关系图

图3为抽真空、气体保护、反应气体、氨化反应生长状态图

图4为产物X射线衍射强度坐标关系图

图5为产物薄膜场发射扫描电镜放大850倍成像图

图6为产物薄膜场发射扫描电镜放大5000倍成像图

图7为产物场发射扫描电镜放大10万倍产物形貌图

图8为产物线形相邻晶面间距图

图中所示，件号清单如下：

1、管式高温炉，2、高温区，3、石英产物舟，4、单晶硅基板，5、炉座，6、真空泵，7、氧化镓无水乙醇薄膜层，8、氧化铟无水乙醇薄膜层，9、氩气输入管，10、氨气输入管，11、氧化镓粉体

实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：

图1所示，是氮化镓纳米线工艺流程图，制取生成氮化镓纳米线要严格按工艺流程图进行，各制备参数要严格控制，按序操作。

对制备所需的化学物质材料氧化镓、氧化铟、氨气、氩气、丙酮、无水乙醇、去离子水要严格精选，并进行纯度控制，不能有杂质介入，防止生成副产物。

对所需的化学物质要严格按照配比称量控制，气体要控制好存储、输送速度和量值，不得超过最大最小范围，以免影响产出量。

单晶硅基板的清洗，先用丙酮，后用无水乙醇，最后用去离子水清洗，并用超声清洗器进行清洗，清洗后要在真空干燥箱中干燥。

原料氧化镓、催化剂氧化铟先用玛瑙研钵和玛瑙研磨棒分别反复研磨、过筛，用超声清洗器进行氧化镓、氧化铟与无水乙醇的混合，使其分别成悬浊液状态，然后用匀胶机分别将其甩涂在单晶硅基板衬底上，甩涂时，要先甩涂氧化镓无水乙醇悬浊液，真空干燥后，再甩涂氧化铟无水乙醇悬浊液，并用真空干燥箱将其干燥。

单晶硅基板为10mm×10mm×1mm的方形板，是产物薄膜的衬底附着载体，要保持洁净，氨化反应前要置于石英产物舟中，并在石英产物舟中与单晶硅基板相距5mm处放置0.3克氧化镓，以提供更充足的镓源，然后将产物舟与单晶硅基板及0.3克的氧化镓置于管式高温炉的高温区。

催化剂氧化铟颗粒的大小对纳米线的生长、直径起着至关重要的作用，故一定要严格研磨、过筛，使其平均粒径控制在0.0185mm，粒径越小越好。

保护气体氩气在输送过程中可使管式高温炉处于惰性气体的保护气氛，又有清除其他有害气体的作用。

氨化反应气体氨气要保持一定的输入速度，过低会造成产收率下降，甚至使产物不能生长，故一定要严格控制氨气的输入速度和氨气量的充足，在氮化反应和真空泵开启状态下，氨气量会有微量损失，但不会影响氨化反应的进行，同时能够提高氨化反应的安全系数。

管式高温炉是氨化反应和生长的炉体，要严格密封，不得漏气，否则将直接影响产物生长和整个反应过程。

对制取所需的设备：玛瑙研钵、玛瑙研磨棒、清洗容器、混和容器、真空干燥箱、超声清洗器、匀胶机、单晶硅片、管式高温炉、产物舟、产物瓶、真空泵、氩气管、氨气管、检测仪器等，要保持洁净，不能有污染。

在制备、生长氮化镓纳米线的过程中，由于原料、催化剂研磨、过筛、分散混合悬浊、超声清洗、匀胶机甩涂、干燥处理、高温氨化、产物生长、保护气体氩气输入、反应气体氨气输入、抽真空、氨化化合反应、检测分析，也会使制取生成的氮化镓纳米线的形貌发生微量的变化，但不影响氮化镓纳米线的化学、物理、光学性能，不影响其在应用领域的使用。

制取氮化镓纳米线的化学物质配比是在一个预先设置的数值范围内确定的，以克、毫升、厘米³为计量单位，在进行工业化制取时，以千克、升、米³为计量单位。

图2所示，是管式高温炉升温、恒温保温、冷却坐标关系图，当管式高温炉由常温20℃±3℃升至1000℃±5℃时，相交于A点，升温速度为8℃/分钟，升温时间为122分钟±2分钟，并恒温保温，输入保护气体氩气时间为5分钟±0.5分钟，即A-B区段，输入反应气体氨气及产物生长时间为40分钟±2分钟，即B-C区段，恒温保温后，关闭管式高温炉，使产物舟及舟中产物随炉冷却，冷却速度为5℃/分钟，冷却时间为196分钟±2分钟。

图3所示，为高温氨化、生长、气体保护、气体反应状态图，炉底座5的上部为管式高温炉1，管式高温炉1的内部中间为高温区2，高温区2内置放石英产物舟3，石英产物舟3中置放单晶硅基板4，单晶硅基板4上层甩涂一层白色氧化镓薄膜7，在氧化镓薄膜7上甩涂了一层淡黄色氧化铟薄膜8，在石英产物舟的左侧为氧化镓粉体11，在高温炉1的右侧为真空泵6，左侧为氩气输气管9和氨气输气管10，操作时，先用真空泵6抽真空，然后，开启氩气输气管9，最后开启氨气输气管10。

图4所示，为产物X射线衍射强度坐标关系图，纵坐标为相对强度指数，横坐标为2倍的衍射角，图中32.38°、34.54°、36.83°、48.07°、57.76°、63.40°、69.07°、70.49°的衍射峰分别对应于氮化镓晶体的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)、(201)晶面的衍射峰。

图5、6所示，分别为产物薄膜场发射扫描电镜放大850倍、5000倍成像图，从图中可以看出单晶硅基板上生长成的白色薄膜是由许多线状物交织而成，覆盖在单晶硅片上，图5的长度单位为10μm，图6的长度单位1μm。

图7所示，为产物场发射扫描电镜放大10万倍的平直光滑线形形貌图，可知生成的氮化镓纳米线平直光滑，其直径在50nm-70nm，单根线形平均长度为90μm，图中的长度单位为100nm。

图8所示，为产物相邻晶面间距排列图，其相邻晶面间距为0.275nm，对应氮化镓纳米线的(100)晶面，纳米线的生长方向与(100)晶面呈25°夹角，进一步证明单晶硅基板上生成的白色产物为六方纤锌矿结构的氮化镓纳米线，图中长度单位为5nm。

实施例1

各制取设备均处于准工作状态；

按配比精选称取、量取氧化镓0.5克，氧化铟0.2克，丙酮5毫升，无水乙醇15毫升，氨气2400厘米³，氩气1000厘米³，去离子水10毫升；

研磨、过筛：分别将氧化镓、氧化铟反复研磨、过筛成细粉，筛网为400目；

超声清洗单晶硅基板：清洗剂为丙酮5毫升，无水乙醇5毫升，去离子水10毫升，用超声清洗器分别超声清洗各30分钟；

烘干：在真空干燥箱中干燥60分钟±2分钟，烘干温度为60℃±2℃；

超声分散混合：将氧化镓0.2克、氧化铟0.2克分别分散混合于无水乙醇各5毫升中，超声分散各30分钟后成氧化镓无水乙醇悬浊液和氧化铟无水乙醇悬浊液；

甩涂氧化镓无水乙醇悬浊液：将氧化镓无水乙醇悬浊液用匀胶机均匀甩涂在洁净的单晶硅片上，匀胶机边旋转边甩涂，使其涂覆均匀，使悬浊液在单晶硅片上形成一层白色薄膜；

干燥处理：单晶硅片上的白色薄膜随同单晶硅片一起置于真空烘干箱中进行干燥处理，烘干温度为60℃±2℃，烘干时间为20分钟±2分钟；

甩涂氧化铟无水乙醇悬浊液：将氧化铟无水乙醇悬浊液用匀胶机甩涂在单晶硅片已形成的白色薄膜上，再形成一层淡黄色薄膜；

干燥处理：甩涂成膜完成后，将单晶硅基板连同基板上的薄膜一起放入真空干燥箱中，在60℃±2℃下干燥20分钟±2分钟；

高温氨化反应生长：

将产物舟、单晶硅基板及基板上的薄膜置于管式高温炉中，开启真空泵抽真空，高温炉从常温20℃±3℃升温至1000℃±5℃后，输入保护气体氩气5分钟±0.5分钟，输入速度为200厘米³/分钟，输入量为1000厘米³±5厘米³；

关闭氩气开关，输入反应气体氨气40分钟±2分钟，输入速度为60厘米³/分钟，恒温保温40分钟±2分钟，氨气输入量为2400厘米³±10厘米³，产物生长，氨化化合反应，生成白色氮化镓纳米线；

冷却：关闭真空泵及管式高温炉，使产物舟及其产物随炉冷却至常温20℃±3℃，冷却速度为5℃/分钟，冷却时间为196分钟；

收集产物：将白色、实心、线形氮化镓纳米线收集于无色透明的玻璃容器中，从而完成了制取的全过程。

Claims (1)

1.一种无机化合物氮化镓纳米线的制取方法，其特征在于：使用的化学物质为：氧化镓、氧化铟、丙酮、无水乙醇、氨气、氩气、去离子水

其组合配比是：以克、毫升、厘米³为计量单位

氧化镓：         Ga₂O₃     0.5克±0.0005克

氧化铟：         In₂O₃     0.2克±0.0005克

丙  酮：         CH₃COCH₃  5毫升±0.5毫升

无水乙醇：       CH₃CH₂OH  15毫升±0.5毫升

氨  气：         NH₃       2400厘米³±10厘米³

氩  气：         Ar        1000厘米³±5厘米³

去离子水：       H₂O       10毫升±1毫升

制取生长方法如下：

1)精选化学物质

对配比所需的化学物质进行精选，并进行纯度控制：

氧化镓：      99.99％

氧化铟：      99％

丙    酮：    99.5％

无水乙醇：    99.7％

氨  气：      99.999％

氩  气：      99.999％

去离子水：    99％

2)研磨、过筛

对配比所需的化学物质原料氧化镓、催化剂氧化铟分别用玛瑙研钵、研磨棒进行研磨，然后过筛，筛网目数为400目，研磨、过筛反复进行，使原料成微粉，粉粒平均粒径为0.0185mm；

3)超声清洗衬底基板单晶硅片10mm×10mm×1mm

对置放氧化镓、氧化铟的单晶硅片用超声清洗器进行清洗，先用丙酮5毫升±0.5毫升在清洗器中清洗30分钟±1分钟，然后将单晶硅片取出，用无水乙醇5毫升±0.5毫升进行二次清洗30分钟±1分钟，最后用去离子水10毫升±1毫升对单晶硅片进行三次清洗30分钟±1分钟；

4)真空干燥处理

将清洗后的单晶硅片置于真空烘干箱中，进行干燥处理，烘干温度为60℃±2℃，烘干时间为60分钟±2分钟；

5)超声分散混合

称取氧化镓0.2克±0.0005克，置于烧杯中，向烧杯中加入无水乙醇5毫升±0.5毫升，将烧杯置于数控超声清洗器中，超声分散混合30分钟±1分钟，使其成均匀的氧化镓无水乙醇悬浊液；

称取氧化铟0.2克±0.0005克，置于烧杯中，向烧杯中加入无水乙醇5毫升±0.5毫升，将烧杯置于数控超声清洗器中，超声分散混合30分钟±1分钟，使其成均匀的氧化铟无水乙醇悬浊液；

6)涂覆氧化镓无水乙醇悬浊液

将氧化镓无水乙醇悬浊液用匀胶机均匀的甩涂在洁净的单晶硅片上，匀胶机边旋转边甩涂，使其涂覆均匀，使悬浊液在单晶硅片上形成一层白色薄膜；

7)干燥处理

单晶硅片上的白色薄膜随同单晶硅片一起置于真空烘干箱中进行干燥处理，烘干温度为60℃±2℃，烘干时间为20分钟±2分钟；

8)涂覆氧化铟无水乙醇悬浊液

将氧化铟无水乙醇悬浊液用匀胶机均匀地甩涂在单晶硅片已形成的白色薄膜上，再形成一层淡黄色薄膜；

9)干燥处理

单晶硅片上的淡黄色薄膜随同单晶硅片一起置于真空烘干箱中进行干燥处理，烘干温度为60℃±2℃，烘干时间为20分钟±2分钟；

10)高温氨化反应

将干燥后的单晶硅片及其上的白色薄膜和淡黄色薄膜一起置于石英产物舟中，在产物舟中沿氨气输入方向距离单晶硅片5mm±0.5mm处置放氧化镓微粉0.3克±0.0005克；

然后，打开管式高温炉，将石英产物舟及反应物一起置于管式高温炉中的高温区，然后将氩气输入管、氨气输入管、抽气管、真空泵接入管式高温炉，严格密封、防止漏气；

管式高温炉抽真空：开启真空泵，将管式高温炉中的空气抽出，使管式高温炉处于真空状态，真空度保持在0.08Mpa，并连续抽真空；

开启管式高温炉，使其从常温20℃±3℃升温至1000℃±5℃，升温速度为8℃/分钟，升温时间为122分钟±2分钟，恒温保温时间为45分钟±2分钟；

输入保护气体氩气Ar：打开氩气瓶开关、气体流量显示仪、氩气输入管，向管式高温炉输入惰性保护气体氩气1000厘米³±5厘米³，输入速度为200厘米³/分钟，输入时间为5分钟±0.5分钟；

输入反应气体氨气NH₃、进行氨化反应、产物生长：关闭氩气输入开关，开启氨气输入开关并进行流量控制，向管式高温炉输入氨气2400厘米³±10厘米³，输入速度为60厘米³/分钟，输入时间为40分钟±2分钟，使氧化镓和氨气充分反应，反应式如下：

式中：

H₂--氢气

在氨化反应过程中，在1000℃±5℃时，氨气NH₃逐渐分解，可知氢气H₂存在于氨化反应系统中，在催化剂氧化铟In₂O₃的作用下，氢气H₂将氧化镓Ga₂O₃还原为氧化亚镓Ga₂O气体，气相的氧化亚镓Ga₂O与氨气NH₃反应生成氮化镓GaN分子，沉积在单晶硅片基板表面，形成氮化镓GaN晶核，氮化镓晶核按气态-固态机理继续生长，最终生长为平直光滑的氮化镓GaN纳米线；

在1000℃±5℃下，在氧化镓与反应气体氨气的反应过程中，单晶硅片上的淡黄色薄膜变成了白色薄膜，即反应生成了白色、实心、线形氮化镓纳米线；

11)冷却

将真空泵和管式高温炉同时关闭，使石英产物舟及产物随炉冷却至常温20℃±3℃，冷却速度为5℃/分钟，冷却时间为196分钟±5分钟；

12)收集产物

冷却后，将石英产物舟及产物从管式高温炉中取出，将单晶硅片上的产物收集于无色透明的玻璃瓶中，密闭保存；

13)检测、分析、对比

对制取、生长的白色、实心、线形氮化镓纳米线的形貌、结构、成分、纯度、线形长度、直径、化学、物理、光学性能进行检测分析、对比，用X射线衍射仪进行氮化镓结构分析，用场发射扫描电子显微镜进行氮化镓纳米线形貌分析，用化学分析仪进行产收率分析，用电子分散能谱进行纯度分析；

14)储存

对制取、生长的白色、实心、线形氮化镓纳米线产物，置于无色透明的玻璃容器中，在干燥洁净的环境中密闭储存，储存温度为20℃±3℃，要严格防水、防潮、防晒、防酸碱侵蚀。

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