JP4025869B2

JP4025869B2 - Gallium oxide nanowire and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4025869B2
Application number: JP2002353072A
Authority: JP
Inventors: 義雄板東; ルンチィ・マ
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-12-04
Also published as: JP2004182547A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、酸化ガリウムナノワイヤーとその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、オプトエレクトロニクスデバイスやガスセンサーなどのナノデバイス材料である酸化ガリウムナノワイヤーとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】
炭素ナノチューブが発見されて以来、ナノ物質への関心が高まり、数多くのナノスケール物質に関する研究がなされてきた。
【０００３】
ナノスケール物質のひとつとして知られる酸化ガリウムナノ物質においては、容積に対する表面積の比率が大きいナノサイズのガリウム酸化物が、伝導性および光学的特性を示し、特に、単斜晶系のガリウム酸化物（β−Ｇａ２Ｏ３）は、広いバンドギャップをもつ半導体（Ｅｇ≫４．９ｅＶ）であるため、オプトエレクトロニクスデバイスやガスセンサーへの応用が期待されている。そのため、これまでに、酸化ガリウム（β−Ｇａ２Ｏ３）ナノワイヤー、ナノリボン、ナノシートを合成するために物理的蒸着、アーク放電、触媒反応、窒化ガリウム粉末の酸化等をはじめとする数多くの合成方法に関する研究開発が、なされてきた（例えば、非特許文献１〜６）。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｈ．Ｚ．Ｚｈａｎｇ、ほか、ソリッド・ステート・コミュニケーションズ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｏｍｍｕｎ．）１０９巻、６７７頁、１９９９年
【非特許文献２】
Ｙ．Ｃ．Ｃｈｏｉ、ほか、アドバンスト・マテリアルズ（Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．）１２巻、７４６頁、２０００年
【非特許文献３】
Ｃ．Ｈ．Ｌｉａｎｇ、ほか、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）７８巻、３２０２頁、２００１年
【非特許文献４】
Ｙ．Ｈ．Ｇａｏ、ほか、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）８１巻、２２６７頁、２００２年
【非特許文献５】
Ｚ．Ｒ．Ｄａｉ、ほか、ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．）１０６巻、９０２頁、２００２年
【非特許文献６】
Ｂ．Ｃ．Ｋｉｍ、ほか、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）８０巻、４７９頁、２００２年
【０００５】
一方、非晶質シリカ、炭素、窒化ホウ素または、ホウ素・炭素・窒素（ＢＣＮ）のような多くの被覆材で被覆されたナノワイヤーを合成することにも関心が集まっている（例えば、非特許文献７〜１３）。特に、窒化ホウ素は低密度、高融解点、高熱伝導性、および化学的不活性などの特徴を有している。このために、窒化ホウ素被覆材を伴うナノワイヤーは、窒化ホウ素の持つ絶縁性および化学的不活性を活かしたナノワイヤーの防護または絶縁保護物として、ナノ構造の複合材料およびナノスケールの電子デバイスに応用されることが期待されている。
【０００６】
【非特許文献７】
Ｚ．Ｌ．Ｗａｎｇ、ほか、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）７７巻、３３４９頁、２０００年
【非特許文献８】
Ｌ．Ｚｈａｎｇ、ほか、マテリアルズ・サイエンス・エンジニアリングＡ（Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．Ａ）２８６巻、３４頁、２０００年
【非特許文献９】
Ｎ．Ｇｒｏｂｅｒｔ、ほか、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）７５巻、３３６３頁、１９９９年
【非特許文献１０】
Ｙ．Ｂａｎｄｏ、ほか、ケミカル・フィジックス・レターズ（Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）３４７巻、３４９頁、２００１年
【非特許文献１１】
Ｃ．Ｔａｎｇ、ほか、アドバンスト・マテリアルズ（Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．）１４巻、１０４６頁、２００２年
【非特許文献１２】
Ｋ．Ｓｕｅｎａｇａ、ほか、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）２７８巻、６５３頁、１９９７年
【非特許文献１３】
Ｒ．Ｍａ、ほか、ケミカル・フィジックス・レターズ（Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）３５０巻、１頁、２００１年
【０００７】
しかしながら、酸化ガリウムナノワイヤーにおいては、表面が窒化ホウ素で被覆された酸化ガリウムナノワイヤーを含めて、実用化に耐えうるだけの性能や物性の安定性を備えておらず、また、酸化ガリウムナノワイヤーを、安価に、かつ、簡便に製造することが可能な製造方法も開発されていないのが現状である。また、大量生産への道も、未だ拓かれていない。このために、高い特性や安定性を有する酸化ガリウムナノワイヤーを、簡便かつ安価に製造することを実現することが望まれていた。
【０００８】
そこで、この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、高い特性および安定性を有する酸化ガリウムナノワイヤーあるいは酸化ガリウムナノワイヤーの表面が窒化ホウ素で被覆されたナノワイヤー、および、これらのナノワイヤーを、安価かつ簡便に、さらには、大量に製造することを可能とする新しい酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１に、表面が窒化ホウ素膜で被覆されていることを特徴とする酸化ガリウムナノワイヤーを提供する。
【００１０】
また、この出願の発明は、上記の酸化ガリウムナノワイヤーとして、第２に、窒化ホウ素膜からなる膜厚が、３〜５ｎｍの範囲にあることを特徴とする酸化ガリウムナノワイヤーを提供する。
【００１１】
そして、この出願の発明は、第３に、アルゴンガス雰囲気下において、ホウ素粉末と酸化ガリウム粉末とからなる混合粉末を１６００℃以上に加熱することにより反応させ、酸化ガリウムナノワイヤーを生成することを特徴とする酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法を、また、第４に、窒素ガス雰囲気下において、ホウ素粉末と酸化ガリウム粉末とからなる混合粉末を１６００℃以上に加熱することにより反応させ、酸化ガリウムナノワイヤーを生成することを特徴とする酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法を提供する。
さらに、この出願の発明は、上記の酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法として、第５に、混合粉末におけるホウ素粉末と酸化ガリウム粉末との混合モル比が約２：１であることを特徴とする酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法をも提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について説明する。
【００１３】
この出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーは、直径が１５〜１００ｎｍの範囲にある。また、この出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーにおいては、表面が窒化ホウ素からなる被覆層の層で被覆されており、さらには、この窒化ホウ素からなる被覆層の層厚が、３〜５ｎｍの範囲にある。
【００１４】
上記の酸化ガリウムナノワイヤーは、アルゴンガス雰囲気下または窒素ガス雰囲気下において、ホウ素粉末と酸化ガリウム粉末とからなる混合粉末を、１６００℃以上に加熱することにより反応させて、生成されるものである。このとき、混合粉末におけるホウ素粉末と酸化ガリウム粉末との混合モル比を約２：１とすることが好適である。
【００１５】
以上の酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法において、アルゴンガス雰囲気下において混合粉末の加熱反応を行った場合には、直径が１５〜１００ｎｍの範囲にあるナノワイヤーである酸化ガリウムナノワイヤーが生成される。また、窒素ガス雰囲気下において混合粉末の加熱反応を行った場合には、表面が窒化ホウ素からなる被覆層で被覆された酸化ガリウムナノワイヤーが生成され、このとき被覆層の厚みは３〜５ｎｍとなる。
【００１６】
この出願の発明の酸化ガリウムナノワイヤーは、実用化に十分耐えうる特性と安定性を有している。また、この出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法により、安価で簡便に上記の酸化ガリウムナノワイヤーを製造することが可能となる。この出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法より大量生産が可能となり、酸化ガリウム単体からなるナノワイヤーによるオプトエレクトロニクスデバイスやガスセンサーを安価に製造することが可能となる。さらには、この出願の発明の窒化ホウ素からなる被覆層を有する酸化ガリウムナノワイヤーにおいては、窒化ホウ素の絶縁性および化学的不活性を活用することにより、ナノワイヤーの防護または絶縁保護物によるナノ構造複合材料およびナノスケールの電子デバイスなどへの応用が期待される。
【００１７】
以上は、この出願の発明における形態の一例であり、この出願の発明がこれらに限定されることはなく、その細部について様々な形態をとりうることが考
慮されるべきであることは言うまでもない。
【００１８】
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【００１９】
【実施例】
この出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーは、電子顕微鏡観察やスペクトル分析等による検証のために四塩化炭素を用いて超音波処理の後に炭素被覆された銅格子の上で分散しサンプルを作成しまた検証試験後においても変容しない安定した物性を有している。
【００２０】
図１は、アルゴンガス雰囲気下において、ホウ素粉末と酸化ガリウム粉末とからなる混合粉末を１６００℃以上に加熱して反応させることにより生成されたこの出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーの走査型顕微鏡（ＳＥＭ）像である。図２は、図１に示した酸化ガリウムナノワイヤーの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。図３は、図１に示した酸化ガリウムナノワイヤーから得られた典型的なＸ線エネルギー拡散スペクトルである。図４は、図１に示した酸化ガリウムナノワイヤーの高分解能電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）像である。
【００２１】
図５は、窒素ガス雰囲気下において、ホウ素粉末と酸化ガリウム粉末とからなる混合粉末を１６００℃以上に加熱して反応させることにより生成されたこの出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーのＳＥＭ像である。図５の酸化ガリウムナノワイヤーにおいては、表面に窒化ホウ素からなる被覆層を有する。図６は、図５に示した酸化ガリウムナノワイヤーのＴＥＭ像である。図７は、図５に示した酸化ガリウムナノワイヤーのＨＲＴＥＭ像である。図８は、図５に示した酸化ガリウムナノワイヤーから得られた電子エネルギー損失スペクトルである。
【００２２】
図１および図５に示されたこの出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーにおいては、一部のナノワイヤーの先端に球根状の粒子が存在しているが、ナノワイヤーの殆どのものが概ね直線形状をなしていて、例えば、図２および図７に示したように、直径が１５〜１００ｎｍの範囲にある。また、図３に示したように、純粋なガリウム酸化物の構造形態をなしている。なお、銅のピークはナノワイヤーを支えている銅格子から誘導されているものである。そして、図４および図７に示したように、酸化ガリウムナノワイヤーは完全に結晶化している。また、窒素ガス雰囲気下で加熱反応することにより生成された酸化ガリウムナノワイヤーは、図７に示したように、表面に窒化ホウ素からなる被覆層を伴い、この被覆層は、図８に示したように、完全にホウ素と窒素から構成されている。そして、図６および図７に示したように、被膜層の層厚は約３〜５ｎｍの範囲にある。
【００２３】
この出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法は、ホウ素粉末と酸化ガリウム粉末との混合粉末を先駆物質として用い、電気誘導炉等の反応炉でアルゴンガスあるいは窒素ガス気流の雰囲気下において１６００℃まで加熱してこの先駆物質を反応させて、その反応の後に、反応炉の１０００℃以下の低温領域において酸化ガリウムナノワイヤーが生成するようにしたものである。そして、先駆物質の混合粉末は、ホウ素粉末と酸化ガリウム粉末が、十分に混合されたものが用いられ、反応炉内に置かれる。また、アルゴンガスあるいは窒素ガスの流下速度は、約１リットル／分を目処にして流下させる。
【００２４】
以下に、実験により検証した結果得られた、この出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法における反応のメカニズムについて説明する。
【００２５】
加熱した高温（約１６００℃）において、先ず、反応（Ｉ）：２Ｂ（固体）＋Ｇａ２Ｏ３（固体）→Ｂ２Ｏ２（蒸気）＋Ｇａ２Ｏ（蒸気）の反応が生じる。その後に、Ｇａ２Ｏ（蒸気）はアルゴンガスまたは窒素ガスの気流により温度が約１０００℃以下の低温ゾーンに移送され、そこで反応（ＩＩ）：３Ｇａ２Ｏ（蒸気）→Ｇａ２Ｏ３（固体）＋Ｇａ（液体）のような液体ガリウム（Ｇａ）の沈殿を同時に伴う反応が生じて、Ｇａ２Ｏ（蒸気）は凝縮して再びＧａ２Ｏ３（固体）になり、酸化ガリウムナノワイヤーを形成する。また、この反応（ＩＩ）により同時に生成される液体ガリウム（Ｇａ）は、酸化ガリウムナノワイヤーの成長のための触媒として作用しているものと考えられる。
【００２６】
そして、雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用いた場合には、反応（Ｉ）から生じたＢ２Ｏ２（蒸気）は気化して酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）だけから構成される酸化ガリウムナノワイヤーを形成する。一方、雰囲気ガスとして窒素（Ｎ２）ガスを用いた場合には、Ｂ２Ｏ２（蒸気）は窒素（Ｎ２）として反応してナノワイヤーをコーティングして窒化ホウ素（ＢＮ）層を伴う酸化ガリウムナノワイヤーを形成する。
【００２７】
なお、この出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法において用いられる反応炉は、例示した電気誘導炉のみ限定されるものでないことはいうまでもない
【００２８】
【発明の効果】
この出願の発明によって、以上詳しく説明したとおり、高い特性および安定性を有する酸化ガリウムナノワイヤーあるいは酸化ガリウムナノワイヤーの表面が窒化ホウ素で被覆されたナノワイヤー、および、これらのナノワイヤーを、安価かつ簡便に、さらには、大量に製造することを可能とする新しい酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法が提供される。
【００２９】
この出願の発明の酸化ガリウムナノワイヤーは、実用化に十分耐えうる特性と安定性を有しており、また、この出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法により、安価で簡便に上記の酸化ガリウムナノワイヤーを製造することが可能となる。
【００３０】
この出願の発明である酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法より生成される酸化ガリウム単体からなるナノワイヤーによるオプトエレクトロニクスデバイスやガスセンサーとしての応用が期待される。また、この出願の発明の窒化ホウ素からなる被覆層を有する酸化ガリウムナノワイヤーにおいては、窒化ホウ素の絶縁性および化学的不活性を活用することにより、ナノワイヤーの防護または絶縁保護物によるナノ構造複合材料およびナノスケールの電子デバイスなどへの応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の実施例において生成された酸化ガリウムナノワイヤーのＳＥＭ像である。
【図２】この出願の発明の実施例において生成された酸化ガリウムナノワイヤーのＴＥＭ像である。
【図３】この出願の発明の実施例において生成された酸化ガリウムナノワイヤーから得られた典型的なＸ線エネルギー拡散スペクトルについて示したグラフである。
【図４】この出願の発明の実施例において生成された酸化ガリウムナノワイヤーのＨＲＴＥＭ像である。
【図５】この出願の発明の実施例において生成された酸化ガリウムナノワイヤーのＳＥＭ像である。
【図６】この出願の発明の実施例において生成された酸化ガリウムナノワイヤーのＴＥＭ像である。
【図７】この出願の発明の実施例において生成された酸化ガリウムナノワイヤーのＨＲＴＥＭ像である。
【図８】この出願の発明の実施例において生成された酸化ガリウムナノワイヤーの電子エネルギー損失スペクトルについて示したグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a gallium oxide nanowire and a manufacturing method thereof. More specifically, the invention of this application relates to a gallium oxide nanowire which is a nanodevice material such as an optoelectronic device or a gas sensor, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art and problems of the invention]
Since the discovery of carbon nanotubes, interest in nanomaterials has increased and a number of studies on nanoscale materials have been conducted.
[0003]
In gallium oxide nanomaterials known as one of nanoscale materials, nano-sized gallium oxide with a large surface area to volume ratio exhibits conductivity and optical properties, especially monoclinic gallium oxide ( Since β-Ga2O3) is a semiconductor having a wide band gap (Eg >> 4.9 eV), it is expected to be applied to optoelectronic devices and gas sensors. So far, research on numerous synthesis methods including physical vapor deposition, arc discharge, catalytic reaction, oxidation of gallium nitride powder, etc. to synthesize gallium oxide (β-Ga2O3) nanowires, nanoribbons, nanosheets. Development has been made (for example, Non-Patent Documents 1 to 6).
[0004]
[Non-Patent Document 1]
H. Z. Zhang, et al., Solid State Commun. 109, 677, 1999 [Non-Patent Document 2]
Y. C. Choi, et al., Advanced Materials (Adv. Mater.), 12, 746, 2000 [Non-patent Document 3]
C. H. Liang, et al., Applied Physics Letters (Appl. Phys. Lett.) 78, 3202, 2001 [Non-patent Document 4]
Y. H. Gao, et al., Applied Physics Letters (Appl. Phys. Lett.) 81, 2267, 2002 [Non-Patent Document 5]
Z. R. Dai, et al., Journal of Physical Chemistry (J. Phys. Chem.) 106, 902, 2002 [Non-Patent Document 6]
B. C. Kim, et al., Applied Physics Letters (Appl. Phys. Lett.), 80, 479, 2002.
Meanwhile, there is also interest in synthesizing nanowires coated with many coatings such as amorphous silica, carbon, boron nitride, or boron-carbon-nitrogen (BCN) (eg, non-patented). References 7-13). In particular, boron nitride has characteristics such as low density, high melting point, high thermal conductivity, and chemical inertness. For this reason, nanowires with boron nitride coatings are used in nanostructured composite materials and nanoscale electronic devices as protective or insulating protections for nanowires that make use of the insulating and chemical inertness of boron nitride. It is expected to be applied.
[0006]
[Non-Patent Document 7]
Z. L. Wang, et al., Applied Physics Letters (Appl. Phys. Lett.) 77, 3349, 2000 [Non-patent Document 8]
L. Zhang, et al., Materials Science Engineering A (Mater. Sci. Eng. A), 286, 34, 2000 [Non-patent Document 9]
N. Grobert, et al., Appl. Phys. Lett., 75, 3363, 1999 [Non-patent Document 10]
Y. Bando, et al., Chemical Phys. Letters 347, 349, 2001 [Non-patent Document 11]
C. Tang, et al., Advanced Materials (Adv. Mater.), Vol. 14, p. 1046, 2002 [Non-patent Document 12]
K. Suenaga, et al., Science 278, 653, 1997 [Non-patent Document 13]
R. Ma, et al., Chem. Phys. Letters, 350, 1 page, 2001.
However, gallium oxide nanowires, including gallium oxide nanowires coated with boron nitride on the surface, do not have performance and stability of physical properties that can withstand practical use. At present, no manufacturing method has been developed that can be manufactured inexpensively and easily. In addition, the road to mass production has not yet been developed. Therefore, it has been desired to realize simple and inexpensive production of gallium oxide nanowires having high characteristics and stability.
[0008]
Therefore, the invention of this application was made in view of the circumstances as described above, gallium oxide nanowires having high characteristics and stability or nanowires in which the surface of gallium oxide nanowires is coated with boron nitride, Another object of the present invention is to provide a new method for producing gallium oxide nanowires that makes it possible to produce these nanowires inexpensively, easily, and in large quantities.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of this application firstly provides a gallium oxide nanowire characterized in that its surface is coated with a boron nitride film .
[0010]
The invention of this application, the gallium oxide nanowires described above, the second film thickness made of nitrided boron film provides a gallium oxide nanowires, characterized in that in the range of 3-5 nm.
[0011]
The invention of this application, the third, under an argon gas atmosphere, a mixed powder composed of boron powder and gallium oxide powder is reacted by heating to above 1600 ° C., to produce a gallium oxide nanowires the method for producing a gallium oxide nanowires, wherein, also in the fourth, in a nitrogen gas atmosphere, a mixed powder composed of boron powder and gallium oxide powder is reacted by heating to above 1600 ° C., gallium oxide nano Provided is a method for producing a gallium oxide nanowire characterized by producing a wire.
Further, the invention of this application, as a manufacturing method of the gallium oxide nanowire described above, the fifth, the mixing molar ratio of the boron powder and the gallium oxide powder in the mixed powder is from about 2: characterized in that it is a 1 oxide A method for producing gallium nanowires is also provided.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention of this application has the features as described above, and an embodiment thereof will be described below.
[0013]
The gallium oxide nanowire which is the invention of this application has a diameter in the range of 15 to 100 nm. Moreover, in the gallium oxide nanowire which is the invention of this application, the surface is coated with a layer of a coating layer made of boron nitride, and the layer thickness of the coating layer made of boron nitride is 3 to 5 nm. Is in range.
[0014]
The gallium oxide nanowire is produced by reacting a mixed powder composed of boron powder and gallium oxide powder by heating to 1600 ° C. or higher in an argon gas atmosphere or a nitrogen gas atmosphere. . At this time, the mixing molar ratio of the boron powder and the gallium oxide powder in the mixed powder is preferably about 2: 1.
[0015]
In the above method for producing gallium oxide nanowires, when the mixed powder is heated under an argon gas atmosphere, gallium oxide nanowires having a diameter in the range of 15 to 100 nm are generated. In addition, when the mixed powder is heated under a nitrogen gas atmosphere, gallium oxide nanowires having a surface coated with a coating layer made of boron nitride are generated. At this time, the thickness of the coating layer is 3 to 5 nm. Become.
[0016]
The gallium oxide nanowire of the invention of this application has characteristics and stability sufficient for practical use. Moreover, it becomes possible to manufacture said gallium oxide nanowire simply and cheaply by the manufacturing method of the gallium oxide nanowire which is invention of this application. Mass production is possible by the gallium oxide nanowire production method of the invention of this application, and it becomes possible to produce optoelectronic devices and gas sensors using nanowires made of gallium oxide alone at low cost. Furthermore, in the gallium oxide nanowire having a coating layer made of boron nitride according to the invention of this application, by utilizing the insulating property and chemical inertness of boron nitride, the nanostructure is protected by the nanowire or by an insulating protective material. Applications to composite materials and nanoscale electronic devices are expected.
[0017]
The above is one example of the form of the invention of this application, and it goes without saying that the invention of this application is not limited to these, and that various details can be taken.
[0018]
The invention of this application has the above-described features, and will be described more specifically with reference to examples.
[0019]
【Example】
The gallium oxide nanowires that are the invention of this application are dispersed on a carbon-coated copper lattice after sonication using carbon tetrachloride for verification by electron microscope observation, spectral analysis, etc. It has stable physical properties that do not change even after the verification test.
[0020]
FIG. 1 shows a scanning microscope of a gallium oxide nanowire according to the invention of this application produced by heating and reacting a mixed powder composed of boron powder and gallium oxide powder at 1600 ° C. or higher in an argon gas atmosphere. (SEM) image. FIG. 2 is a transmission electron microscope (TEM) image of the gallium oxide nanowire shown in FIG. FIG. 3 is a typical X-ray energy diffusion spectrum obtained from the gallium oxide nanowire shown in FIG. FIG. 4 is a high-resolution electron microscope (HRTEM) image of the gallium oxide nanowire shown in FIG.
[0021]
FIG. 5 is an SEM image of a gallium oxide nanowire according to the invention of this application generated by heating and reacting a mixed powder composed of boron powder and gallium oxide powder to 1600 ° C. or higher in a nitrogen gas atmosphere. is there. The gallium oxide nanowire of FIG. 5 has a coating layer made of boron nitride on the surface. FIG. 6 is a TEM image of the gallium oxide nanowire shown in FIG. FIG. 7 is an HRTEM image of the gallium oxide nanowire shown in FIG. FIG. 8 is an electron energy loss spectrum obtained from the gallium oxide nanowire shown in FIG.
[0022]
In the gallium oxide nanowire which is the invention of this application shown in FIG. 1 and FIG. 5, bulbous particles are present at the tips of some of the nanowires, but most of the nanowires are generally straight. For example, as shown in FIGS. 2 and 7, the diameter is in the range of 15 to 100 nm. Moreover, as shown in FIG. 3, it has a pure gallium oxide structure. The copper peak is derived from the copper lattice supporting the nanowire. As shown in FIGS. 4 and 7, the gallium oxide nanowire is completely crystallized. Moreover, as shown in FIG. 7, the gallium oxide nanowire produced | generated by heat-reacting in nitrogen gas atmosphere is accompanied by the coating layer which consists of boron nitride on the surface, and this coating layer was shown in FIG. As such, it is completely composed of boron and nitrogen. As shown in FIGS. 6 and 7, the thickness of the coating layer is in the range of about 3 to 5 nm.
[0023]
The method for producing gallium oxide nanowires, which is the invention of this application, uses a mixed powder of boron powder and gallium oxide powder as a precursor, and in a reaction furnace such as an electric induction furnace in an atmosphere of argon gas or nitrogen gas stream 1600 This precursor is reacted by heating up to 0 ° C., and after the reaction, gallium oxide nanowires are generated in a low temperature region of 1000 ° C. or less in the reaction furnace. The precursor mixed powder is prepared by sufficiently mixing boron powder and gallium oxide powder, and is placed in a reaction furnace. The flow rate of argon gas or nitrogen gas is about 1 liter / minute.
[0024]
The reaction mechanism in the method for producing gallium oxide nanowires, which is the invention of this application, obtained as a result of verification by experiment will be described below.
[0025]
At a heated high temperature (about 1600 ° C.), first, reaction (I): 2B (solid) + Ga 2 O 3 (solid) → B 2 O 2 (vapor) + Ga 2 O (vapor) occurs. After that, Ga2O (vapor) is transferred to a low temperature zone having a temperature of about 1000 ° C. or less by a stream of argon gas or nitrogen gas, where reaction (II): 3Ga2O (vapor) → Ga2O3 (solid) + Ga (liquid) Reaction accompanied by simultaneous precipitation of liquid gallium (Ga) occurs, Ga2O (vapor) condenses into Ga2O3 (solid) again, and forms gallium oxide nanowires. Moreover, it is thought that the liquid gallium (Ga) produced | generated simultaneously by this reaction (II) is acting as a catalyst for the growth of a gallium oxide nanowire.
[0026]
When argon gas is used as the atmospheric gas, B2O2 (vapor) generated from the reaction (I) is vaporized to form gallium oxide nanowires composed only of gallium oxide (Ga2O3). On the other hand, when nitrogen (N2) gas is used as the atmospheric gas, B2O2 (vapor) reacts as nitrogen (N2) to coat the nanowire to form a gallium oxide nanowire with a boron nitride (BN) layer To do.
[0027]
Needless to say, the reactor used in the method for producing a gallium oxide nanowire according to the present invention is not limited to the exemplified electric induction furnace.
【The invention's effect】
As described in detail above by the invention of this application, gallium oxide nanowires having high characteristics and stability, or nanowires whose surfaces are coated with boron nitride, and these nanowires are inexpensive and A new method for producing gallium oxide nanowires that can be easily and in large quantities is provided.
[0029]
The gallium oxide nanowires of the invention of this application have characteristics and stability that can be sufficiently put into practical use, and the above-described method for producing gallium oxide nanowires of the invention of the application makes it possible to produce the above-mentioned easily and inexpensively. It becomes possible to manufacture gallium oxide nanowires.
[0030]
Application as an optoelectronic device or gas sensor using nanowires made of gallium oxide alone produced by the method for producing gallium oxide nanowires, which is the invention of this application, is expected. Further, in the gallium oxide nanowire having a coating layer made of boron nitride according to the invention of this application, by utilizing the insulating property and chemical inertness of boron nitride, the nanostructure composite by the protection or insulation protection of the nanowire Applications to materials and nanoscale electronic devices are expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an SEM image of gallium oxide nanowires produced in an embodiment of the invention of this application.
FIG. 2 is a TEM image of gallium oxide nanowires produced in an embodiment of the invention of this application.
FIG. 3 is a graph showing a typical X-ray energy diffusion spectrum obtained from gallium oxide nanowires produced in an embodiment of the invention of this application.
FIG. 4 is an HRTEM image of gallium oxide nanowires produced in an embodiment of the invention of this application.
FIG. 5 is an SEM image of gallium oxide nanowires produced in an embodiment of the invention of this application.
FIG. 6 is a TEM image of gallium oxide nanowires produced in an embodiment of the invention of this application.
FIG. 7 is an HRTEM image of gallium oxide nanowires produced in an embodiment of the invention of this application.
FIG. 8 is a graph showing an electron energy loss spectrum of a gallium oxide nanowire produced in an example of the invention of this application.

Claims

表面が窒化ホウ素膜で被覆されていることを特徴とする酸化ガリウムナノワイヤー。A gallium oxide nanowire whose surface is coated with a boron nitride film .

窒化ホウ素膜の膜厚が、３〜５ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の酸化ガリウムナノワイヤー。2. The gallium oxide nanowire according to claim 1, wherein the boron nitride film has a thickness of 3 to 5 nm.

アルゴンガス雰囲気下において、ホウ素粉末と酸化ガリウム粉末とからなる混合粉末を１６００℃以上に加熱することにより反応させ、酸化ガリウムナノワイヤーを生成することを特徴とする酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法。 A method for producing gallium oxide nanowires, comprising reacting a mixed powder composed of boron powder and gallium oxide powder by heating to 1600 ° C or higher in an argon gas atmosphere to produce gallium oxide nanowires.

窒素ガス雰囲気下において、ホウ素粉末と酸化ガリウム粉末とからなる混合粉末を１６００℃以上に加熱することにより反応させ、酸化ガリウムナノワイヤーを生成することを特徴とする酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法。 A method for producing gallium oxide nanowires, comprising reacting a mixed powder composed of boron powder and gallium oxide powder by heating to 1600 ° C. or higher in a nitrogen gas atmosphere to produce gallium oxide nanowires.

混合粉末におけるホウ素粉末と酸化ガリウム粉末との混合モル比が約２：１であることを特徴とする請求項３または４の酸化ガリウムナノワイヤーの製造方法。The method for producing gallium oxide nanowires according to claim 3 or 4 , wherein the mixed powder has a mixing molar ratio of boron powder to gallium oxide powder of about 2: 1.