第三代半导体材料氮化镓(GaN)是一种直接带隙宽禁带半导体,具有较高的电子饱和速度及载流子迁移率、高热导率、出色的击穿强度和耐高温能力、较好的抗腐蚀和抗辐射能力等优异性质。GaN纳米线作为低维半导体纳米结构,拥有独特的尺寸特征和性能优势,在纳米光电器件和高功率纳米电子器件等领域具有潜在应用价值,如紫外发光二极管,场效应晶体管,光电探测器,纳米激光器和生化传感器等。在前期研究基础上,提出了一种简单,廉价且环保的制备GaN纳米线的方法,进一步研究了纳米线的调控生长、光电性能和电催化性能,主要研究进展如下:1.利用低成本的等离子体增强化学系气相沉积系统(PECVD),以各向同性石墨为衬底,金属Ga为Ga源,不需要任何催化剂,通过Ga原子与N等离子体直接反应制备出了直径范围为90-200 nm,长度范围为4-20μm的GaN纳米线。通过对所制备的纳米线的形貌、结构和成分的表征,表明所制备的产物为多晶结构的六方纤锌矿GaN纳米线,其形貌呈现为三维金字塔岛状结构。进一步系统研究了生长温度、射频功率、生长时间、气体流量等工艺参数对所制备GaN纳米线的形貌和性能的影响。此外,通过表征分析和系列的对比试验,提出了无催化剂制备GaN纳米线的形核和生长的模型。2.采用上述方法所制备GaN纳米线,系统研究了其光致发光(PL)和场发射性能。结果表明,所制备的GaN纳米线具有良好的PL性能,纳米线的形貌结构对其PL性能产生显著的影响。所制备GaN纳米线也具有优异的场发射性能,其开启电压低至4-6 V/μm,纳米线结构形貌对其场发射性能有一定的影响,进一步研究了结构对其场发射性能的影响机制。3.将采用上述方法所制备GaN纳米线进行了电催化性能的研究。研究表明无需修饰和负载的情况下,多晶GaN纳米线即表现出优秀的电催化析氢性能,其析氢电位为280 mV,这可能源于多晶GaN纳米线结构具有丰富的缺陷与突起结构,能够在电解水的催化过程中提供大量的活性位点,有利于电解液的扩散和气体的产生与脱附。所制备具有良好的电催化性能的多晶GaN纳米线,将有望取代传统贵金属电催化材料,实现低成本高性能电催化器件。