作为一种新型的超宽禁带半导体,β-Ga2O3具有超宽带隙（～4.9 e V）、高击穿电场以及良好的热稳定性和化学稳定性等优势,在光电材料和功率器件方面得到了广泛研究。其中,纳米结构的β-Ga2O3材料同时具有超宽禁带半导体材料的优势和纳米材料的特征,并且能够表现出薄膜结构所不具备的新的光学和电学性能,在气敏传感器、紫外探测器、微型光电子器件和柔性电子器件等领域具有潜在的应用前景。虽然目前关于β-Ga2O3纳米材料的制备研究已经取得一些进展,但是可控制备的、重复性好的、制备工艺简单的和成本相对较低的β-Ga2O3纳米结构垂直阵列的制备挑战依然存在。刻蚀技术作为半导体器件制备的一项重要工艺,在衬底处理、结构制备、图形转移、电极制备等方面应用广泛,研究β-Ga2O3刻蚀技术对其器件应用的研发具有重要意义。目前国内外对于β-Ga2O3刻蚀的研究较少,主要集中于β-Ga2O3单晶和薄膜材料刻蚀工艺条件以及刻蚀速率的研究,对于刻蚀制备β-Ga2O3纳米材料的报道很少。本文针对β-Ga2O3薄膜的刻蚀特性和β-Ga2O3纳米结构的制备工艺规律进行了系统研究,成功制备出β-Ga2O3纳米线和纳米管垂直阵列及Ga N@β-Ga2O3核-壳纳米结构。在此基础上,制备了基于β-Ga2O3纳米线垂直阵列的日盲紫外探测器,并进行了基于Ga N@β-Ga2O3核壳结构纳米线的光催化性能研究。主要研究内容和成果如下:1.采用金属镍（Ni）纳米掩膜和电感耦合等离子体（ICP）刻蚀技术成功制备出垂直排列、分布均匀的单晶β-Ga2O3纳米线阵列。基本原理是利用退火自组装Ni纳米颗粒作为掩膜,通过ICP刻蚀β-Ga2O3单晶薄膜,从而制备出β-Ga2O3纳米线垂直阵列。所刻蚀的β-Ga2O3薄膜是由本团队自研的卤化物气相外延（HVPE）系统生长得到的β-Ga2O3单晶薄膜,制备的β-Ga2O3纳米线在形貌和尺寸上基本一致,并且具有垂直的刻蚀侧壁,表现出较好的刻蚀各向异性。系统研究了自组装Ni纳米颗粒尺寸分布的变化规律,以及不同刻蚀参数对刻蚀后β-Ga2O3纳米线形貌、尺寸、结构的影响,获得了优化的工艺条件。在此基础上,详细讨论了β-Ga2O3纳米线的ICP刻蚀机制。2.以β-Ga2O3纳米线垂直阵列为光敏材料,利用物理气相沉积（PVD）系统制备了基于β-Ga2O3纳米线垂直阵列的金属-半导体-金属（MSM）结构的日盲紫外探测器。对日盲紫外探测器件的电流-电压特性、光谱响应特性以及时间响应特性进行了测试和表征,与相同工艺的β-Ga2O3薄膜型日盲紫外探测器进行了对比分析。研究结果表明,在5 V偏压下,β-Ga2O3纳米线紫外探测器的光电流和光响应度分别为2.3×10-5 A和0.122 A/W,约为β-Ga2O3薄膜紫外探测器光电流和光响应度的10倍。此外,β-Ga2O3纳米线紫外探测器还具有较高的光暗电流比（～9375）、日盲-可见抑制比（～3461.5）以及毫秒级的响应时间。3.研究了器件电极结构参数以及引入金属纳米颗粒等对β-Ga2O3单晶薄膜紫外探测器性能优化的影响。通过对器件电极结构参数的优化,发现当叉指电极宽度为400μm、间距为100μm时,β-Ga2O3薄膜紫外探测器具有较大的光电流和较高的响应度,但同时暗电流也增大。另一方面,利用真空蒸镀技术结合快速热退火工艺在β-Ga2O3薄膜表面制备了金（Au）和银（Ag）纳米颗粒,并比较了有无金属纳米颗粒对器件性能的影响。研究表明,通过在β-Ga2O3薄膜紫外探测器表面引入Au和Ag纳米颗粒,可以有效提升探测器的光响应度,与不含金属纳米颗粒的探测器相比,分别提升了4.5倍和16.4倍。4.利用热氧化工艺和ICP刻蚀技术制备了Ga N@β-Ga2O3核-壳纳米线垂直阵列,并对其光催化活性进行了研究。系统研究了不同氧化温度和氧化时间对Ga N@β-Ga2O3核-壳纳米线形貌和结构的影响。研究结果表明,不同条件热氧化后的样品均能保持垂直的纳米线阵列形貌,并且具有均匀的核-壳异质结构。其中,β-Ga2O3壳层的厚度会随着氧化温度的升高或氧化时间的延长而逐渐增加,当氧化温度达到1000℃时,Ga N纳米线就会被完全氧化成β-Ga2O3纳米线。在此基础上,研究了Ga N@β-Ga2O3核-壳纳米线垂直阵列的光催化活性。与单一的Ga N和β-Ga2O3纳米线阵列相比,Ga N@β-Ga2O3核-壳纳米线阵列对罗丹明等有机染料具有更高的光催化降解速率,其主要原因可能与核-壳异质结构所引起的光吸收增强以及对光生载流子对的分离有关。5.研究了β-Ga2O3纳米管垂直阵列的制备及性质表征。利用Ga N和β-Ga2O3等离子体刻蚀速率的不同,提出通过热氧化工艺结合ICP刻蚀技术来制备β-Ga2O3纳米管垂直阵列的方法。其基本原理是采用仅利于Ga N刻蚀的工艺条件,将热氧化后得到的Ga N@β-Ga2O3核-壳纳米线垂直阵列中的Ga N核去除,而β-Ga2O3外壳基本不被刻蚀,从而得到β-Ga2O3纳米管垂直阵列。研究表明,通过这种方法可以得到高密度、尺寸均匀的β-Ga2O3纳米管垂直阵列,并且β-Ga2O3纳米管的管壁厚度可以通过改变热氧化条件来调节。这是一种全新的、成本较低的、相对简单的制备β-Ga2O3纳米管垂直阵列的方法,为β-Ga2O3纳米材料在新型纳米光电子器件和柔性电子器件领域的应用提供了一种新的可能性。