[發明專利]一種在硅片上復合In2O3花狀納米結構的半導體材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010171961.0
• 申請日: 2010-05-11
• 公開（公告）號: CN101875565A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 黃雁君;郁可;朱自強
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: C04B41/50
• 分類號: C04B41/50
• 代理公司: 上海藍迪專利事務所 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

技術領域

本發明涉及光電子材料、半導體材料與器件技術領域，具體地說是一種在硅片上復合In₂O₃花狀納米結構的半導體材料及其制備方法。

背景技術

In₂O₃是一種寬帶隙透明半導體材料，其直接帶隙在3.55～3.75eV范圍內，具有良好的導電性和較高的透光率。由于其獨特的電學、化學和光學性質，In₂O₃在化學、生物傳感、太陽能電池、光催化、執行器、光電子和平板顯示等領域具有廣泛的應用空間。

近來，人們利用各種方法(溶液法，分子束外延，脈沖激光沉積，金屬有機物化學氣相沉積等)制備出了各種不同的In₂O₃納米結構，例如納米線，納米帶，納米方塊，八面體，納米箭等，并對這些納米結構的光電特性進行了研究。結果表明，具有尖端的那些納米結構更容易發射出電子，然而至目前為止已經公開的現有技術中，所有的納米結構由于其光滑的表面往往都只能從頂端發射電子，限制了場發射性能的進一步提高。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種在硅片上復合In₂O₃花狀納米結構的半導體材料，該材料不但具有納米級的尖端，而且在主干上還分布著大量的刺狀納米結構，克服了現有技術中許多納米結構在場發射應用中的不足。

本發明的第二個目的在于提供在硅片上復合In₂O₃花狀納米結構的半導體材料的制備方法，以解決現有In₂O₃納米材料制備方法條件苛刻，成本高的問題，提供一種低成本，高重復性的新方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種在硅片上復合In₂O₃花狀納米結構的半導體材料，特點是：該材料包括硅片襯底及生長在該襯底表面的In₂O₃晶體；所述In₂O₃晶體為花狀納米結構，其花瓣為帶刺棒狀納米結構，棒的長度為40～80μm，刺的長度為0.8～4.6μm，刺狀納米結構整齊地排列在棒狀納米結構的表面上。

上述半導體材料的制備方法包括如下步驟：

a、將Sn粉、In₂O₃粉和C粉以1∶10∶30的摩爾比混合，作為源放到石英舟里，將清洗后的硅片蓋在石英舟上，硅片與源的垂直距離為4～10mm；

b、將石英舟置于預先加熱至700～1000℃、水平放置的管式生長爐的中部；

c、管式生長爐中通入惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強下反應120～240min；

d、取出石英舟和硅片，得到在硅片上復合In₂O₃花狀納米結構的半導體材料；

其中：步驟a中所述Sn粉的純度為99.5％；所述In₂O₃粉的純度為分析純；所述C粉的純度為光譜純；步驟c中所述通入的惰性氣體Ar的流量為0.2～0.6L/min。

所述水平放置的管式生長爐由兩根管組成，其中一根管長為70～100cm，直徑為6～10cm；另一根管長為50～80cm，直徑為3～5cm；反應時，小口徑管插入大口徑管中，載氣是直接通入到小口徑管中。

本發明通過改變對熱蒸發過程中一些參量，如誘導物，氣體流量，反應溫度，硅片與源之間距離的控制，合成了In₂O₃花狀納米結構。相對于現有技術合成的納米結構，本發明的突出特點是：(1)所放硅片襯底位置不同。許多合成方法都把硅襯底放在氣流的下流，與源在同一水平位置，而本發明則把硅片直接放在與源的垂直方向上的某一位置；(2)壓力只需要是常壓，降低了對設備的要求；(3)對載氣的要求不高，只需要Ar就可以，不需要加O₂等另外的氣體；(4)方法簡單，成本低，重復性好。本發明采用硅片作為襯底，將In₂O₃花狀納米結構生長在硅襯底上，花狀納米結構表面上有大量可作為發射點的納米尖端，可作為良好的場發射陰極材料。本發明可結合目前成熟的半導體硅集成電路工藝，適合于集成納米光電子器件的制備。

附圖說明