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氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的代表，其具有宽直接带隙、低介电常数、耐腐蚀、耐辐射、耐高温、高电子迁移率、高热导率等优异的性能，可广泛用于场效应晶体管、高迁移率晶体管、紫外探测器、激光器等光电器件。
研究者们发现不同维度的GaN会影响其结构和电子的变化，进而导致不同的性能甚至不同的应用。二维GaN表面具有不饱和悬挂键、暴露极性c面，且有理论预测其将会有超过三维GaN的更宽带隙(4.98 eV)，因此可用于表面增强拉曼散射(SERS)领域。但受限于自身结构和缺乏本征外延基底，传统二维材料的制备方法无法实现二维GaN的制备。近期虽有研究者通过石墨烯封装法实现原子级GaN的制备，但其形成于石墨烯层中，难以进行分离以及后续的表征、应用。因此为了探求本征二维GaN的结构、性质，需寻求更合适的方法实现二维本征GaN单晶的制备。
我们将目光聚焦在液态金属以及化学气相沉积(CVD)策略上。基于液态金属表面平整，无晶界存在且高效传质；加之CVD法的高度可控性已被广泛用于二维材料的制备。因此将两者结合，实现二维GaN单晶的生长调控。整体来说，论文的主要内容为以下三个方面：
(1)本文综述了GaN半导体材料的发展状况，包括对其基本结构、性质以及应用的介绍。对目前二维材料的制备方法以及GaN传统制备方法进行了简要介绍，提出二维GaN生长面临的挑战，以及针对挑战提出新的策略—液态金属化学气相沉积法；
(2)本文通过液态金属化学气相沉积法，将液态金属Ga铺展于钨(W)基底上，选用尿素作为氮源实现二维GaN单晶的制备。并通过一系列表征证明得到的二维GaN是高质量的六边形单晶，其中单晶最薄为4.1nm，尺寸最大为50μm。相关的结构表征证明制备的二维GaN中Ga原子和N原子呈六边形紧密排列，且未观测到任何缺陷和空位。同时将其与三维GaN块体对比，发现二维GaN具有更大的晶格常数和带隙，对于光电器件的发展具有重要意义。而后对其生长机理进行探究，提出“表面限域氮化反应(SCNR)”。即根据吉布斯吸附规则，与Ga金属相比，W金属表面张力更高，因此原子级厚度的液态镓钨合金的表层会被低表面张力的Ga原子所占据。最后通过对二维GaN单晶的电学性质的测试，发现二维GaN是典型的N型半导体，场效应电子迁移率约为160cm2V?1s?1。SCNR法为生长具有较大尺寸的高质量的二维GaN单晶提供了新思路，在此基础上我们得以实现对二维GaN本征结构和性能的探索，对GaN的实际应用具有重要意义。
(3)本文基于二维GaN优势，探究了其在SERS领域的应用。将制备的二维GaN分别用于三种常用的探针分子酞菁铜、罗丹明6G以及结晶紫的SERS实验中。结果表明其对探针分子均具有出色的SERS效应。其中对酞菁铜的SERS检出限达到10?14M。其可归因于二维GaN更宽的带隙实现与探针分子间较好的能级匹配，产生振动耦合Herzberg–Teller效应，从而在很大程度上增大了探针分子的极化张量。这种通过光致电荷转移跃迁可实现强烈的拉曼增强效应。我们相信此项研究可以为GaN的应用提供更广阔的视角。
研究者们发现不同维度的GaN会影响其结构和电子的变化，进而导致不同的性能甚至不同的应用。二维GaN表面具有不饱和悬挂键、暴露极性c面，且有理论预测其将会有超过三维GaN的更宽带隙(4.98 eV)，因此可用于表面增强拉曼散射(SERS)领域。但受限于自身结构和缺乏本征外延基底，传统二维材料的制备方法无法实现二维GaN的制备。近期虽有研究者通过石墨烯封装法实现原子级GaN的制备，但其形成于石墨烯层中，难以进行分离以及后续的表征、应用。因此为了探求本征二维GaN的结构、性质，需寻求更合适的方法实现二维本征GaN单晶的制备。
我们将目光聚焦在液态金属以及化学气相沉积(CVD)策略上。基于液态金属表面平整，无晶界存在且高效传质；加之CVD法的高度可控性已被广泛用于二维材料的制备。因此将两者结合，实现二维GaN单晶的生长调控。整体来说，论文的主要内容为以下三个方面：
(1)本文综述了GaN半导体材料的发展状况，包括对其基本结构、性质以及应用的介绍。对目前二维材料的制备方法以及GaN传统制备方法进行了简要介绍，提出二维GaN生长面临的挑战，以及针对挑战提出新的策略—液态金属化学气相沉积法；
(2)本文通过液态金属化学气相沉积法，将液态金属Ga铺展于钨(W)基底上，选用尿素作为氮源实现二维GaN单晶的制备。并通过一系列表征证明得到的二维GaN是高质量的六边形单晶，其中单晶最薄为4.1nm，尺寸最大为50μm。相关的结构表征证明制备的二维GaN中Ga原子和N原子呈六边形紧密排列，且未观测到任何缺陷和空位。同时将其与三维GaN块体对比，发现二维GaN具有更大的晶格常数和带隙，对于光电器件的发展具有重要意义。而后对其生长机理进行探究，提出“表面限域氮化反应(SCNR)”。即根据吉布斯吸附规则，与Ga金属相比，W金属表面张力更高，因此原子级厚度的液态镓钨合金的表层会被低表面张力的Ga原子所占据。最后通过对二维GaN单晶的电学性质的测试，发现二维GaN是典型的N型半导体，场效应电子迁移率约为160cm2V?1s?1。SCNR法为生长具有较大尺寸的高质量的二维GaN单晶提供了新思路，在此基础上我们得以实现对二维GaN本征结构和性能的探索，对GaN的实际应用具有重要意义。
(3)本文基于二维GaN优势，探究了其在SERS领域的应用。将制备的二维GaN分别用于三种常用的探针分子酞菁铜、罗丹明6G以及结晶紫的SERS实验中。结果表明其对探针分子均具有出色的SERS效应。其中对酞菁铜的SERS检出限达到10?14M。其可归因于二维GaN更宽的带隙实现与探针分子间较好的能级匹配，产生振动耦合Herzberg–Teller效应，从而在很大程度上增大了探针分子的极化张量。这种通过光致电荷转移跃迁可实现强烈的拉曼增强效应。我们相信此项研究可以为GaN的应用提供更广阔的视角。