[發明專利]一種調控n型SiC單晶低維納米材料摻雜濃度的方法

有效

• 申請號: 201310027870.3
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103352253A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 高鳳梅;賀支青;王霖;楊為佑
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種調控n型SiC單晶低維納米材料摻雜濃度的方法，屬于材料制備技術領域。

背景技術

第三代寬帶系半導體SiC材料具有高擊穿電壓、高熱導率、高電子遷移率以及高電子漂移速率等優異物理特性，在苛刻工作環境如高溫、高頻、大功率、光電子和抗輻射器件等領域具有廣泛的應用前景。相比于傳統SiC體材料，SiC低維納米材料因其獨特的納米效應而擁有更優異的力學、光學和電學等性能，在制備高性能復合材料以及構筑納米光電器件等方面展現出了誘人的應用前景。

基于SiC低維納米材料優異的性能，目前已有大量研究工作報道了SiC低維納米材料的制備方法，包括有機前驅體熱解法、模板法、碳熱還原法、化學氣相沉積、直接化學反應法，電弧放電法，水熱和溶劑熱法和熱蒸發法等。上述方法在實現SiC低維納米材料生長的控制上(包括形貌、尺寸和晶體生長方向等)已取得較好的研究進展。

然而，SiC低維納米材料得以器件化應用的重要基礎之一是實現其摻雜及其摻雜類型和濃度的調控，相關研究工作還處于起步階段。已有研究工作主要集中在p型SiC低維納米材料的制備及其摻雜濃度調控(主要以摻Al為主)，并在場效應晶體管和壓力傳感器等納米器件應用上展現出了優異的性能。相比p型SiC低維納米材料，n型SiC低維納米材料由于其載流子以電子為主，因而在場發射陰極材料、熱電材料等領域更具應用潛力。然而，基于n型SiC單晶低維納米材料摻雜濃度的調控，在國內外尚未見文獻報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種調控n型SiC單晶低維納米材料摻雜濃度的方法。本發明的方法的設備和工藝簡單可控，具有很好的可重復性。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：該調控n型SiC單晶低維納米材料摻雜濃度的方法，其包括以下具體步驟：

1)催化劑引入：將C紙浸泡在一定濃度的催化劑無水乙醇溶液中，自然晾干后實現催化劑的引入。

2)高溫熱解：將一定量的液態有機前驅體置于石墨坩堝中，并將步驟1)引入催化劑后的C紙置于石墨坩堝頂部，然后置于氣氛燒結爐中進行高溫熱解，在N₂和Ar氣混合保護氣氛下熱解一定時間即可實現n型SiC單晶低維納米材料的制備。

3)摻雜濃度調控：通過控制熱解溫度，實現N原子在催化劑液滴中溶解度的控制，最終實現n型SiC單晶低維納米材料N摻雜濃度的調控。

所述步驟(1)中，C紙用作基體以沉積生長SiC單晶低維納米材料。

所述步驟(2)和(3)中，使用的原料為聚硅氮烷。所使用燒結爐為石墨電阻氣氛燒結爐，亦可采用其他氣氛燒結爐。

所述步驟(2)和(3)中，所引入的催化劑為Co(NO₃)₂。亦可采用其他的金屬元素及其化合物，如FeCl₂、Fe(NO₃)₃、Ni(NO₃)₂等；所采用的保護氣氛為5％的N₂和95％的Ar氣(體積比)，亦可采用其他配比的保護氣氛。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

1.本發明通過控制熱解溫度以實現N原子在高溫催化劑液滴中溶解度的控制，實現了SiC單晶低維納米材料摻雜濃度的控制與設計；

2.本發明所制備的n型SiC單晶低維納米材料具有均勻的N摻雜原子空間分布，也即可實現SiC低維納米材料的均勻N摻雜。

附圖說明

圖1為本發明實施例一所制得的n型SiC單晶低維納米材料在不同放大倍數下的掃描電鏡(SEM)圖；

圖2為本發明實施例一所制得的n型SiC單晶低維納米材料在不同放大倍數下的透射電鏡(TEM)圖、選區衍射(SAED)和高分辨透射電鏡(HRTEM)圖；

圖3為本發明實施例一所制得的n型SiC單晶低維納米材料的能譜(EDX)圖；

圖4為本發明實施例一所制得的n型SiC單晶低維納米材料的Si、C和N元素的面掃面分布圖；

圖5為本發明實施例二所制得的n型SiC單晶低維納米材料在不同放大倍數下的掃描電鏡(SEM)圖；

圖6為本發明實施例三所制得的n型SiC單晶低維納米材料在不同放大倍數下的掃描電鏡(SEM)圖；

圖7為本發明實施例一、二和三所制得的n型SiC單晶低維納米材料的X-射線衍射(XRD)圖譜。

具體實施方式

以下結合附圖實施例對本發明作進一步的詳細描述。