[發明專利]化學腐蝕法制備3C－SiC納米顆粒的方法

無效

• 申請號: 200710023478.6
• 申請日: 2007-06-05
• 公開（公告）號: CN101058725A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 朱駿;吳興龍;沈劍滄;劉釗
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;C09K11/56
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司
• 代理人: 湯志武;王鵬翔

技術領域

本發明涉及一種簡單、廉價，可發射較強藍光的3C-SiC納米粒子的制備方法，尤其是制備粒徑小于8納米、具有較強藍光發射性能的3C-SiC納米顆粒的方法。

背景技術

碳化硅是第一元素半導體材料(Si)和第二代化合物半導體材料GaAs、GaP、和InP之后發展起來的第三代寬帶隙半導體材料。碳化硅不僅具有較大的帶隙寬度(3C、4H、6H型碳化硅在室溫下的帶隙寬度分別為2.24、3.22、2.86eV)，而且具有高臨界擊穿電場、高熱導率、高載流子漂移速度等特點，在高溫、高頻、大功率、光電子和抗輻射等方面具有巨大的應用潛力。用碳化硅代替硅，制備光電器件與集成電路，可為軍用電子系統和武器裝備性能的提高，以及抗惡劣環境的電子設備提供新型器件。

對于全色顯示來說，藍光又是必不可少的成份。雖然3C-SiC具有較大的帶隙寬度(2.24eV)，但其發光區域仍在綠光的范圍內，并且由于碳化硅是一種間接帶隙半導體材料，體材料的碳化硅材料在室溫下的發光十分微弱。根據量子限制效應相關理論，小尺寸效應可導致激發和復合效率大大增強，所以當碳化硅的顆粒尺寸減小到納米量級時，發光效率將得到極大提高，同時當尺寸減小到體材材料的玻爾激子半徑以下時，納米顆粒的帶隙將會加寬，從而其發光將隨顆粒尺寸減小而發生藍移。所以制備小尺寸的碳化硅顆粒，可以實現其強藍光發射，這將對微電子和光電子領域產生重要影響。此外，碳化硅具有相當好的生物兼容性，特別是與血液的兼容性，并且SiC的密度較小，化學穩定性較好，所以碳化硅納米顆粒有望在生物醫學領域得到廣泛應用，如可以用作發光生物標簽等。

以前碳化硅納米顆粒的制備主要通過兩種方法實現。第一種方法是通過各種化學反應生成碳化硅納米顆粒，比如碳離子注入硅片[L.S.Liao，X.M.Bao，Z.F.Yang，andN.B.Min，Appl.Phys.Lett.66，2382(1995)]，碳離子和硅離子共濺射二氧化硅薄膜[J.Zhao，D.S.Mao，Z.X.Lin，B.Y.Jiang，Y.H.Yu，X.H.Liu，H.Z.Wang，and?G.Q.Yang，Appl.Phys.Lett.73，1838(1998)]，C₆₀偶聯多孔硅[X.L.Wu，G.G.Siu，M.J.Stokes，D.L.Fan，Y.Gu，and?X.M.Bao，Appl.Phys.Lett.77，1292(2000)]等制備方法但這些方法都不能制備單一結構相、穩定的強藍光發射的納米顆粒。另一種方法是電化學腐蝕法，即用電化學法方法，腐蝕3C-SiC多晶片，再經超聲振蕩，得到懸浮于溶液的碳化硅納米顆粒，能穩定發射強度較高的藍光[X.L.Wu，J.Y.Fan，T.Qiu，X.Yang，G.G.Siu，and?P.K.Chu，Phys.Rev.Lett.94，026102(2005)]，但這種方法制備過程相對復雜，更重要的是，SiC多晶片不僅價格昂貴，而且制備與購置都較困難。

發明內容

本發明的目的在于克服上述制備3C-SiC納米顆粒的缺陷，提出一種簡單、廉價的方法，尤其是制備粒徑小于8納米、具有較強藍光發射性能的3C-SiC納米顆粒的方法。

本發明的技術方案是：化學腐蝕法制備3C-SiC納米顆粒的方法，用氫氟酸、硝酸的混和液腐蝕普通3C-SiC粉末，所述粉末尺寸最好為微米量級、此粉末無明顯藍光發射，普通化學腐蝕所用酸濃度為35％-45％的氫氟酸與60％-70％的硝酸，體積比為2.0-3.0∶1.0。反應時混和酸是3C-SiC粉末的5-15倍以上，加熱至80℃-100℃，反應時間為0.5-2.0小時。冷卻后將反應后的酸液與粉末一起在高速離心機中離心，倒除上層酸液，取下層粉末，在烘箱中70℃-90℃左右進行干燥。在干燥后的粉末中加入去離子水或無水乙醇，超聲空化30-60分鐘，靜置數小時或離心沉淀去除下層沉淀物，取上層清液；此去離子水或無水乙醇清液中即含有尺寸小于8nm的3C-SiC納米顆粒。

在溶液中能展示強藍光發射的3C-SiC納米顆粒，納米顆粒的尺寸小于8nm，平均顆粒尺寸為3.8nm左右，3C-SiC的玻爾半徑R為2.7nm，顯然，顆粒的平均半徑小于R，所以在能導致良好表明鈍化的溶液或薄膜中，其光致發光譜將出現量子限制效應。當激發光波長從320nm增加至440nm時，發射光的發光峰將從430nm增加到480nm。

本發明的優點在于制備方法簡單，無需復雜的實驗裝置，實驗材料廉價且較易獲得，制備的碳化硅納米顆粒的藍光發射強且穩定。本發明的其他優點和效果將在下面繼續描述。