【摘 要】
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随着物联网和人工智能产业的兴起,亟需低功耗、高稳定性的微纳传感器。目前,商用的半导体气体传感器通常采用金属氧化物（如SnO2）纳米颗粒作为敏感材料,由于SnO2材料需要在高温下工作（150～400℃）,存在着长期稳定性差、功耗大等问题。作为第三代半导体材料,氮化镓（GaN）具有优异的化学稳定性（耐酸碱腐蚀）,可以在苛刻环境中使用。而且,GaN纳米线具有比表面积大、晶体质量高以及易于集成等优点,是新
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随着物联网和人工智能产业的兴起,亟需低功耗、高稳定性的微纳传感器。目前,商用的半导体气体传感器通常采用金属氧化物（如SnO2）纳米颗粒作为敏感材料,由于SnO2材料需要在高温下工作（150～400℃）,存在着长期稳定性差、功耗大等问题。作为第三代半导体材料,氮化镓（GaN）具有优异的化学稳定性（耐酸碱腐蚀）,可以在苛刻环境中使用。而且,GaN纳米线具有比表面积大、晶体质量高以及易于集成等优点,是新一代微纳传感器的理想选择。但是,纳米线器件的制备还存在系列问题,例如器件工艺复杂（包括纳米线的剥离、排列和定位）、器件工艺易造成纳米线的损伤和污染、以及纳米线电极接触电阻大等问题,这些问题阻碍了纳米线器件的产业化进程。基于上述问题,本文针对GaN纳米线的形貌调控开展研究:自组装一台MOCVD设备进行纳米线的生长技术探索;发明了“一种无旁路漏电流的纳米线桥接生长工艺”,解决了纳米线器件的制备工艺与电极接触的问题;在此基础上,研制出高可靠、低功耗、低检测极限的GaN纳米线气体传感器。本文的主要研究内容如下:（1）针对GaN纳米线的CVD生长,提出使用Ni/Au合金催化剂,以实现高密度、高晶体质量的GaN纳米线生长。与单组分的金属催化剂相比,Ni/Au合金的熔点更低,更易于生成均匀、密集的金属液滴,从而在Si衬底上生长出高质量的GaN纳米线。（2）自组装一台MOCVD设备,采用同轴管输送气源,减少了预反应沉积,从而提高了纳米线生长的均匀性和一致性,能满足实验室科研需求。（3）首次实现了在同一衬底上生长多种形貌GaN微纳结构阵列（从纳米线、纳米锥至微米柱）,通过调节气态源的流量比（Ⅴ/Ⅲ比）可改变GaN纳米线的生长方向与形貌,从而实现了对GaN纳米线阵列的形貌调控。（4）发明了“一种无旁路漏电流的纳米线桥接生长工艺”,通过结合微槽气流遮挡效应与表面钝化效应,解决了纳米线桥接生长的寄生沉积问题,实现了无旁路漏电流的GaN纳米线桥接生长。该方法简化了纳米线器件的制备工艺,同时提高了器件的稳定性。（5）研制出GaN桥接纳米线气体传感器,具有低检测极限（1.5 ppb NO2）、高稳定性（240天内纳米线电阻变化<1%）、低功耗（可室温工作）等特点,为解决目前半导体气体传感器的功耗与稳定性问题提供一条有益途径。在此基础上,研制出微型气体检测仪,并通过专业机构鉴定。
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