2004年7月30日
一组科学家在纳米技术的基石半导体氮化镓的开发上取得了重大突破美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)以及加州大学伯克利分校。
有史以来第一次，研究人员已经能够控制氮化镓纳米线的生长方向。生长方向是决定导线导电、导热等重要性能的关键。
“我们的结果将会作为一个奇怪的人说,发展方向是不可控的,你得到你得到当你生长半导体纳米线,”杨Peidong说,化学家与伯克利实验室的材料科学部门,加州大学伯克利分校化学系的教授,他领导了这项研究。亚博网站下载亚博老虎机网登录
25日，《自然材料》网络版首次刊登了对这些研究结果的讨论报告。亚博网站下载“高密度氮化镓纳米线阵列的晶体结构排列”这篇报告的合著者除了Yang之外，还有伯克利实验室的张彦峰、Donald Sirbuly和Jonathan Denlinger，以及加州大学伯克利分校的Tevye Kuykendall、Peter Pauzauskie和Joshua Goldberger。
纳米技术专家迫切希望挖掘氮化镓在高功率、高性能光电器件上的巨大潜力。单晶氮化镓纳米线和纳米管已经显示出在蓝光发光二极管、短波紫外线纳米激光器和纳米流体生物化学传感器方面的前景。
“控制纳米线的生长方向是非常可取的，因为各向异性参数，如导热性和导电性、折射率、压电极化和带隙，可以用来调整由给定材料制成的纳米线的物理特性，”杨说。
杨和他的研究小组是半导体纳米线制造的先驱，特别是氮化镓、氧化锌和硅/锗。他们制造的金属丝直径只有几纳米，但长度可达几微米。在这项实验工作中，他们使用一种金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术来生长单晶氮化镓纳米线，这种技术与他们用于生产纳米线激光器的早期技术类似。
在他们早期的工作中，杨和他的团队展示了控制纳米线的尺寸、长宽比、位置和组成的能力。现在他们增加了控制晶体生长方向的能力。这种新功能的关键是选择选择的基板。
杨解释说:“在由完全相同的氮化镓材料制成的纳米线中，生长在不同的基底上，这些线的光发射蓝移了100 meV(毫电子伏)。我们认为这种发射差异是晶体生长方向不同的清晰表现。”
在这项研究中，Yang和他的团队使用了锂铝氧化物和镁氧化物作为基底。这两种材料的晶体在几何上与氮化镓晶体相容，亚博网站下载但锂铝氧化物具有沿氮化镓晶体的一个平面对称的双重对称，而镁氧化物具有沿不同平面对称的三重对称。
因此，当氮化镓的蒸汽在这两个衬底上冷凝时，产生的纳米线垂直于衬底生长，但以每个衬底独特的方向排列。由于生长方向不同，在氧化铝锂上生长的氮化镓纳米线的横截面呈等腰三角形，而在氧化镁上生长的氮化镓纳米线的横截面呈六边形。
“我们的目标是制定一个通用方案来控制所有半导体纳米线的定向生长，”杨说。“当我们能够做到这一点时，我们将能够回答一些重要的基本问题，例如，对于具有相同组成和晶体结构的纳米线，载流子迁移率、光发射和热导率在不同晶体方向上如何不同。MOCVD用于氮化镓纳米线的生长也将使我们能够集成各种成分的纳米线和薄膜，这样我们就可以开始制作真正的设备了。”
杨相信，他和他的团队将在几个月内制造出光发射二极管、晶体管或纳米线薄膜混合激光器。
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