[發明專利]II-III-N半導體納米粒子及其制備方法

有效

• 申請號: 201110211652.6
• 申請日: 2011-07-27
• 公開（公告）號: CN102344164A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 彼德·內爾·泰勒;喬納森·漢夫納恩;斯圖爾特·愛德華·胡帕;蒂姆·邁克爾·斯密頓
• 申請（專利權）人: 夏普株式會社
• 主分類號: C01G15/00
• 分類號: C01G15/00;C01G9/00;C01G9/08;C01B21/06;B82Y40/00;B82Y30/00;C30B29/38
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 陳平

技術領域

本發明涉及氮化物半導體納米粒子，例如具有納米尺寸的納米晶體，并且特別地涉及II-III-N類型的新化合物半導體體系中的這種材料。可以在寬范圍的應用中使用這種材料，所述應用包括太陽能電池、發光二極管、發射EL顯示器和生物成像。

背景技術

其尺寸可以與體激子(bulk?exciton)的直徑相比的半導體納米晶體顯示出量子限制效應。這在光學光譜中最清楚地看到，所述光學光譜在晶體的尺寸減小時向藍光波長移動。

化合物半導體是由來自周期表的兩個以上族的元素組成的半導體材料。這些元素可以形成二元(2種元素)、三元(3種元素)、四元(4種元素)或五元(5種元素)化合物。最普通的化合物半導體家族是III-V(例如GaAs、AlGaAs、GaN、GaInP)和II-VI(例如ZnS、CdTe、ZnO)。但是，已經研究了許多其它化合物半導體家族(例如I-VII、IV-VI、V-VI、II-V等)。馬德隆的半導體：數據手冊(Semiconductors：Data?Handbook)，Springer-Verlag出版；第3次修訂版(2003年11月)中包含已知無機半導體基本數據的全面來源。

已經研究了由寬范圍的材料制造的半導體納米晶體，包括很多II-VI和III-V半導體。作為薄膜或粉末形式的II-V半導體化合物如ZnN和ZnAs是已知的[Paniconi等，J.Solid?State?Chem?181(2008)158-165]和[Chelluri等，APL?49?24(1986)1665-1667]。關于納米晶體，[Buhro等，多面體(Polyhedron)第13卷(1994)第1131頁]報告了ZnP納米粒子的合成。

III-V半導體是數目眾多的并且III-V半導體的最吸引人的種類之一是III-氮化物，如AlN、GaN、InN及它們相應的合金。這些被用于制造藍光發光二極管、激光二極管和電力電子器件。氮化物也是化學惰性的，耐輻射，并且具有大的擊穿場、高的熱導率和大的高場電子漂移遷移率，使它們對于腐蝕性環境中的大功率應用是理想的[Neumayer等，Chem.Mater.，1996，8，25]。氮化鋁(6.2eV)、氮化鎵(3.5eV)和氮化銦(0.7eV)的帶隙[Gillan等，J.Mater.Chem.，2006，38，3774]意味著氮化物跨越電磁波譜的紫外、可見和紅外區的大部分。這些材料的合金具有該范圍內的直接光學帶隙的事實使這些材料對于光學器件是非常有意義的。

固溶體GaN/ZnO納米晶體已經被報道[Han等，APL.96，(2010)183112]并且是通過結合GaN和ZnO納米晶體作為結晶固體而形成的。通過改變GaZnO前體的氮化時間控制ZnO與GaN的比例。

已經以薄膜形式報道過III-IV-V半導體，例如SiGaAs(例如在US4213781中)，但是尚未以納米粒子的形式報道過。

F.Zong等，在應用物理通訊(Applied?Physics?Letters)(8691034IEEINSPEC，2005)的“氮化鋅納米線的結構性質和光致發光(Structuralproperties?and?photoluminescence?of?zinc?nitride?nanowires)”中，以及在2004年北京第五屆環太平洋先進材料與工藝國際會議的會議錄(Proceedings?ofFifth?Pacific?Rim?International?Conference?on?Advanced?Materials?andProcessing)(8418308IEE?INSPEC)的“通過氮化技術制備的氮化鋅的納米結構和性質(Nano-structures?and?properties?of?zinc?nitride?prepared?bynitridation?technique)”中提出通過將鋅粉與氨氣反應合成氮化鋅納米線。“納米線”意指其中兩個維度是納米量級并且第三維度長得多，典型地是微米量級的結構體。

US2009/0121184提出一種“儲氫材料”，它可以存儲氫并當加熱該材料時將其釋放。該材料含有一種混合物以及金屬氫化物和金屬氨化物的反應產物。

US2003/167778提出一種例如用于儲氫系統中的容納氫的納米結構體。它列出了氮化鎂作為可能的材料，并建議研磨該材料以使所得到的材料“將含有一些納米結構的儲存材料”。