[發明專利]一種在GaN單晶襯底上生長鈣鈦礦納米晶及其制備方法

在審

• 申請號: 202210758099.6
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN114920282A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 俞嬌仙;李秋波;張雷;劉光霞;陳成敏;王國棟;王守志
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C01G15/00
• 分類號: C01G15/00;C01G21/00;C09K11/66;B82Y20/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南格源知識產權代理有限公司 37306
• 代理人: 許靜

一種在GaN單晶襯底上生長鈣鈦礦納米晶及其制備方法，制備方法的步驟為：(1)用丙酮、異丙醇、去離子水依次對GaN單晶襯底清洗，然后在紫外等離子體清洗儀中處理；(2)鈣鈦礦前驅體溶液的制備；(3)鈣鈦礦納米晶的制備：將鈣鈦礦前驅體溶液旋涂到GaN襯底上，旋涂過程中加入反溶劑氯苯；旋涂結束靜置，再放置在加熱臺上保溫，使鈣鈦礦結晶制得鹵素鈣鈦礦納米晶。本發明具有操作簡單方便，成本低，易于大面積成膜的優點，且獲得的鈣鈦礦納米晶具有均勻性好，結晶質量高，可見光吸收范圍廣等特點。

技術領域

本發明涉及一種在GaN單晶襯底上生長鈣鈦礦納米晶及其制備方法，屬于鈣鈦礦納米材料技術領域。

背景技術

鹵化物鈣鈦礦AMX₃(其中A＝CH₃NH₃⁺，CH(NH₂)₂⁺，Cs⁺；M＝Pb²⁺，Sn²⁺；X＝I^-，Br^-，Cl^-)納米晶薄膜由于其光譜可調性、窄發射、高量子效率和溶液處理性，已成為有前途的下一代發光材料。這些特性可以使鈣鈦礦光源具有廣泛的顏色再現范圍、優異的顏色純度、高亮度和低功耗的使用。在許多鹵化物鈣鈦礦中，激子的結合能足夠低以至于可以在室溫下自發地解離成自由電子和空穴。這降低了輻射重組率，允許缺陷位點的非輻射輔助重組進行競爭，并降低了在低載流子密度下可實現的量子效率。然而，鹵化物鈣鈦礦對環境空氣和濕度往往不穩定，這種不穩定可能會在偏置電壓下造成器件的不正常運行。

封裝在更穩定材料的不滲透基質中是保護鈣鈦礦免受環境降解的一種策略。據報道，GaN單晶片作為生長鹵化物鈣鈦礦的襯底時，GaN/AMX₃系統也形成了一個I型異質結，GaN的帶隙跨越了鈣鈦礦的帶隙，可以通過抑制鈣鈦礦的載流子波函數泄漏來增強載流子約束。有實驗表明GaN包覆的鈣鈦礦的環境降解明顯減慢，即使在環境大氣中保存長達1年，鈣鈦礦的綠色光致發光特性仍被保存下來。發射峰波長和發射強度的藍移也呈比例相關的趨勢。從晶體生長的角度來看，GaN晶圓的原子光滑表面具有大量原子上尖銳的懸垂鍵和位錯，為鈣鈦礦的均勻成核和異質外延沉積提供了位點。目前鈣鈦礦納米晶的成膜方式主要有蒸發和旋涂兩種，但蒸發法需要高真空環境和高的蒸發溫度等制備條件，不利于薄膜的規模化生產。

發明內容

本發明提供了一種在GaN單晶襯底上生長鈣鈦礦納米晶及其制備方法，該制備方法具有操作簡單方便，成本低，易于大面積成膜的優點，且從掃描電子顯微鏡和可見光吸收圖譜測試中得知該方法獲得的鈣鈦礦納米晶具有均勻性好，結晶質量高，可見光吸收范圍廣等特點。

一種在GaN單晶襯底上生長鈣鈦礦納米晶的制備方法，包括以下步驟：

(1)用丙酮、異丙醇、去離子水依次對GaN單晶襯底清洗，然后在紫外等離子體清洗儀中處理；

(2)鈣鈦礦前驅體溶液的制備：

①按體積比為9:1的比例將DMF和DMSO在室溫下混合后獲得混合液A待用；

②稱取純度為分析純的甲基鹵化胺(MAX)或鹵化銫(CsX)，然后和鹵化鉛PbY₂粉末分別加入到混合液A中，其中，MAX或CsX，與PbY₂粉末的質量比為1:1；然后放置在磁力攪拌器上攪拌直至全部溶解，過濾取澄清溶液，獲得鈣鈦礦前驅體溶液；

(3)鈣鈦礦納米晶的制備：將鈣鈦礦前驅體溶液以3000-5000rpm的速度旋涂到GaN襯底上，旋涂時間為45s，在旋涂到30s時快速加入反溶劑氯苯；旋涂結束靜置3-5min后，再放置在100-220℃加熱臺上保溫15min，使鈣鈦礦結晶制得鹵素鈣鈦礦納米晶。