【国际论文】水热法合成的铜掺杂氧化镓纳米结构的光学和结构表征

        由韩国航空大学的研究团队在学术期刊 Inorganics 发布了一篇名为 Optical and Structural Characterization of Cu-Doped Ga₂O₃ Nanostructures Synthesized via Hydrothermal Method（水热法合成的铜掺杂氧化镓纳米结构的光学和结构表征）的文章。

        Ga₂O₃ 作为宽带隙半导体，其带隙约为 4.9 eV，因其在光电子器件、电力电子和深紫外光探测器等领域的潜在应用而备受关注，这得益于其高击穿电压、化学稳定性和对紫外光的透过性。在 Ga₂O₃ 的多种多形体中，单斜 β 相在常温常压下是最稳定的，因此特别适合于高温和高功率应用。向 β-Ga₂O₃ 中引入各种掺杂剂是一种成熟的策略，可有效调节其电学、光学和结构性能。

        通过水热法合成了掺铜的 β-Ga₂O₃ 纳米结构，并在环境氧气中进行退火处理，以研究其光学和结构特性。引入了不同的铜掺杂浓度（0、1.6 和 4.8 原子百分比），以考察其对 β-Ga₂O₃ 晶体结构、化学状态和光学带隙的影响。X 射线衍射（XRD）分析表明，在较低的掺杂水平下，主体 β-Ga₂O₃ 晶体结构得以保留，而在较高的掺杂浓度（4.8 原子百分比）下则出现了次生相（Ga₂CuO₄）。X 射线光电子能谱（XPS）证实了铜离子（Cu²⁺）既存在于晶格替代位点，也存在于表面吸附的羟基化物种（Cu(OH)₂）中。β-Ga₂O₃ 的光学带隙随着铜浓度的增加而减小，这可能是由于局部态或次生相的形成所致。这些发现表明，通过铜掺杂可以调节 β-Ga₂O₃ 的光学性质，为掺杂机制及其对结构和电子性质的影响提供了见解。

图1. 不同铜浓度（0、1.6 和 4.8 at.%）的铜掺杂 β-Ga₂O₃ 纳米结构的 X 射线衍射（XRD）图谱。(a) 全波段XRD图谱与 β-Ga₂O₃ 和 Ga₂CuO₄ 的参考峰值进行比较。 (b) 选定衍射区域的放大视图，突出显示 Ga₂CuO₄ 的(311)、 (400) 和 (440) 平面。 (c) β-Ga₂CuO₄  的 (002)、(111) 和 (–311) 平面的放大视图，显示随着铜含量的增加，主峰逐渐向较低的 2θ 值移动。

图2. (a) β-Ga₂O₃ 纳米结构中(111)、(002)和(–311)晶面间距应变(%)与铜浓度(at.%)的关系。(b) 不同掺杂剂（Cu、Sn、Al 和 In）引起的 d 间距应变（%）随掺杂剂浓度（at.%）的变化。对于 Cu、Sn 和 Al，应变值来自 (002) 平面，而 In 的值代表多个晶面上的平均应变。阴影区域表示观察到二次相形成的掺杂剂浓度范围。

DOI：

doi.org/10.3390/inorganics13070231