[發明專利]ZnS一維納米同質超晶格結構的制備方法

有效

• 申請號: 201210388122.3
• 申請日: 2012-10-15
• 公開（公告）號: CN102874864A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 曾祥華;盧俊峰
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C01G9/08
• 分類號: C01G9/08;C09K11/57;B82Y20/00;B82Y40/00
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 王玉霞

技術領域

本發明涉及一種半導體發光材料ZnS納米同質超晶格結構的制備方法，屬于光電材料領域。

背景技術

隨著工藝不斷發展，人們對小尺寸的要求變得越來越高，因此，納米材料的當前研究的熱點。ZnS是一種性能優越的Ⅱ-Ⅵ的直接帶隙發光材料，禁帶寬度為3.72?eV（閃鋅礦結構）和3.77eV（纖鋅礦結構），由于能帶特性，ZnS在平板顯示，薄膜電光器件，紅外線窗口，光電探測器，傳感器，激光器等方面有著非常廣泛的應用。從而，ZnS納米材料的研究也變得越來越廣泛，包括ZnS量子點，ZnS一維納米材料，ZnS超晶格異質結構等。由于其尺寸小，表面積大，納米ZnS表現出了許多不同于塊體ZnS的特殊性質，如量子尺寸效應，小尺寸效應，表面效應，熒光性，壓電性等。

ZnS超晶格結構由于其特殊的結構，在光電探測器、半導體照明、太陽能電池等方面都有著重要的應用，還可以用來作為一些特殊納米器件的基礎材料。在光學方面，可以通過對ZnS超晶格結構的納米材料進行過渡金屬的摻雜從而獲得更好的發光性能，從而用來做為光學器件的基礎材料。

目前，對于制備Mn摻雜的ZnS同質超晶格結構的方法還沒有提及。在本發明之前，制備ZnS超晶格結構的方法之一是分子束外延（MBE）的方法，該法的生長方式是按動力學方式進行的。從分子束噴射出的分子到達襯底表面時，由于受到表面力場的作用而被吸附于襯底表面，經過表面上的遷移、再排列等，最后在適當的位置上釋放出汽化熱，形成晶核或嫁接到晶格結點上，形成外延薄膜。使用該方法具有生產工藝成本大，設備復雜而且昂貴、投資大、外延生長速度慢等特點。方法之二是采用金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）的方法，金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有機化合物和V、Ⅵ族元素的氫化物等作為晶體生長源材料，以熱分解反應方式在襯底上進行氣相外延，生長各種Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。該法的不足之處主要在于除了設備昂貴，生產成本高之外，采用的源材料部分為易燃、易爆和有毒的物質，對人體和環境都會造成一定的傷害。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供ZnS一維納米同質超晶格結構的制備方法，該制備工藝比較簡單，成本低且無毒、無污染，本發明制備出的樣品結晶度高且具有高品質的光致發光性能。

為解決上述技術問題，本發明ZnS一維納米同質超晶格結構的制備方法，包括以下步驟：

（1）選取ZnS粉末和MnCl₂粉末混合，其中Mn的摩爾摻雜含量為0.5%-10%；混合后的粉末置于管式爐的中間；選取鍍金的Si片置于管式爐的下風口處，距粉末13-17cm；

（2）封閉管式爐，通氬氣清洗12-18min，氬氣流量為500-550sccm；

（3）清洗完畢后，將氬氣流量調節至48-53sccm，然后使用真空泵將管式爐內氣壓抽至8-12Pa；

（4）對管式爐進行加熱，設置升溫程序，升溫速率8-12℃/min，溫度升至1030-1070℃，保溫30-35min，最后自然降溫；

（5）冷卻至室溫，關閉管式爐，取出產物。

優選地，所述Mn的摩爾摻雜含量為2%。

優選地，所述ZnS粉末的純度為99.99%。

優選地，所述MnCl₂粉末的純度為99.999%。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：第一，本發明解決了MBE和MOCVD等方法設備昂貴，維護費用高，生長時間過長，以及對原材料要求苛刻，使用一些有機金屬和有毒的反應源，對人體和環境產生一定的危害等技術問題。本發明無毒，無污染，制備工藝比較簡單，原材料便宜、易得，成本低，為高校實驗室進行科學研究提供了一個簡單可行的方法。第二，本發明制備出的樣品是結晶度高、結構特殊、且具有高品質的光致發光性能的Mn摻雜ZnS一維納米同質超晶格結構，沒有其他的有機物和金屬離子的污染，可以用來制造多種新型的功能材料。

附圖說明

圖1是本發明實施例2所制備的Mn摻雜ZnS一維納米材料的X-射線衍射圖；

圖2是本發明實施例2所制備的Mn摻雜ZnS一維納米材料的掃描電鏡照片圖；

圖3是本發明實施例2所制備的Mn摻雜ZnS一維納米材料的透射電鏡和選區電子衍射圖；

圖4是本發明實施例2所制備的Mn摻雜ZnS一維納米材料的熒光光譜圖。

具體實施方式

實施例1

ZnS一維納米同質超晶格結構的制備方法，包括以下步驟：