[發明專利]一種P型導電性的碘化亞銅單晶體及其水熱生長方法

有效

• 申請號: 200810071339.5
• 申請日: 2008-07-03
• 公開（公告）號: CN101619487A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 陳達貴;林文文;黃豐;王永凈;林璋
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B7/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種P型導電性的CuI單晶體及其生長方法，屬于無機非金屬 材料領域。

背景技術

立方閃鋅礦結構的CuI晶體是一種I-VII族具有直接帶隙的P型寬禁帶化 合物半導體材料。CuI單晶具有禁帶寬度大(3.1eV)、激子結合能高(62meV) 等特點，因此，這一材料有著優異的光學和電學特性，具備了發射藍光或近紫 外光的優越條件，有望開發出多種半導體發光器件。近年來人們發現它還是一 種已知的時間響應最快的無機閃爍材料，其發光衰減時間僅為90ps，而且沒有慢 成分，有望在未來超高計數率電子束測量，γ和X射線測量中發揮重要作用， 因而也成為新一代超快閃爍晶體研究的重要對象。此外，CuI作為染料敏化太陽 能電池(DSSC)的無機空穴收集體和一些有機化合物合成中的催化劑也被廣泛 研究。

大尺寸優質CuI晶體難以獲得是制約其器件應用的瓶頸問題。CuI是一致熔 融化合物，熔點為605℃，但是高溫下CuI容易氧化且揮發性強，傳統的提拉法 等熔體生長工藝很難獲得質量好的CuI體單晶。目前，CuI體單晶的生長方法主 要有(1)高溫升華法(T.Goto?and?T.Takahashi，J.Phys.Soc.Japan.24，314 (1968))；(2)助熔劑法(I.Nakada，H.Ishizuki，and?N.Ishihara，Japan.J.Appl.Phys. 15，919(1976))；(3)溶膠-凝膠法(顧牡，張睿，汪大祥，劉小林“新型CuI 晶體及其生長方法”，CN?1609285A；H.K.Henisch，J.Dennis，and?J.I.Hanoka， J.Phys.Chem.Solids?26，493(1965)；A.P.Patel?and?A.Venkateswara?Rao，J.Cryst. Growth?38，288(1977)；J.J.O’Connor?and?A.F.Armington，Mater.Res.Bull.6，765 (1971))；(4)高溫水熱法(V.I.Popolitov?and?A.N.Lobachev，Izv.Akad.Nauk SSSR，Neorg.Mater.9，1062(1973)；V.A.Nikitenko，V.I.Popolitov?and?S.G. Stoyukhin?et?al.，Pisma?ZhTF?5，1177(1979))等。第一、二種方法雖然生長速度 較快，也可以得到尺寸約9mm的晶體，但是由于生長溫度較高，得到的晶體質 量較差。溶膠-凝膠法可以在室溫生長CuI晶體，能夠得到純度較高、應力較 小、缺陷較小的晶體，晶體生長的成本也較低，但是由于生長速度慢，操作較 為繁瑣，生長大尺寸的晶體比較困難。V.I.Popolitov等人在70年代報道了一 種利用HI作為礦化劑的高溫水熱生長CuI晶體的方法，生長出了尺寸達到3×4 ×5mm³的晶體，但是由于生長溫度高達250到300℃，礦化劑HI在此溫度下 容易分解，所得到的晶體質量也比較差。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種質量較好的具有P型導電 性的CuI晶體以及生長這種CuI晶體的合適的水熱生長方法，特別是在較溫和的 低溫低壓水熱條件下，生長CuI晶體的方法。

本發明的技術方案包括如下：

1.一種P型導電性的CuI單晶體，為γ相立方閃鋅礦結構，是具有直接帶隙的 P型半導體，晶體中摻雜了碘或硫或硒，摻雜質量百分含量為10～1000ppm， 其載流子濃度大于10¹⁵cm^-3，載流子遷移率大于10cm²·V^-1·s^-1。

2.根據項1所述的具有P型導電性的CuI單晶體的制備方法，該單晶體采用水 熱法生長。

3.一種項2所述的具有P型導電性的CuI單晶體的制備方法，所述的水熱法包 括如下步驟：將CuI粉末培養料放入高壓釜下部的溶解區，將CuI籽晶放入 高壓釜的上部生長區，往高壓釜中加入礦化劑溶液以及0.001～1％的碘或硫 化物或硒化物，控制溶解區溫度為140～230℃，生長區的溫度為120～210 ℃，使溶解區的溫度高于生長區的溫度，控制溫差為20～80℃，工作壓力為 1.0～50MPa，恒溫生長，最后降溫開釜，即得到CuI晶體。