專利名稱：一種在硅片上復(fù)合In₂O₃觸須狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子材料、半導(dǎo)體材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種在硅片上 復(fù)合ln203觸須狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
ln203是一種寬帶隙透明半導(dǎo)體材料，其直接帶隙在3. 55 3. 75eV范圍內(nèi)，具有 良好的導(dǎo)電性和較高的透光率。由于其獨(dú)特的電學(xué)、化學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，ln203在化學(xué)、生物傳 感、太陽能電池、光催化、執(zhí)行器、光電子和平板顯示等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)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(jī)物化學(xué) 氣相沉積等)制備出了各種不同的ln203納米結(jié)構(gòu)，例如納米線、納米帶、納米方塊、八面體 及納米箭等，并對(duì)這些納米結(jié)構(gòu)的光電特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，具有尖端的那些納米結(jié) 構(gòu)更容易發(fā)射出電子，然而至目前為止已經(jīng)公開的現(xiàn)有技術(shù)中，所有的納米結(jié)構(gòu)由于其光 滑的表面往往都只能從頂端發(fā)射電子，限制了場(chǎng)發(fā)射性能的進(jìn)一步提高。因此，有必要制 作一種不但具有尖端，而且在表面上也有很多發(fā)射點(diǎn)的結(jié)構(gòu)來作為新一代的場(chǎng)發(fā)射陰極材 料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種在硅片上復(fù)合ln203觸須狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材 料，該材料的ln203納米結(jié)構(gòu)不但具有納米級(jí)的尖端，而且在主干上還分布著大量的納米結(jié) 構(gòu)可作為發(fā)射點(diǎn)，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中許多納米結(jié)構(gòu)在場(chǎng)發(fā)射應(yīng)用中的不足。本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供在硅片上復(fù)合ln203觸須狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料 的制備方法，以解決現(xiàn)有l(wèi)n203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(fù)性的新方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的—種在硅片上復(fù)合ln203觸須狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，特點(diǎn)是該材料包括硅片 襯底及生長(zhǎng)在該襯底表面的ln203晶體；所述ln203晶體為多面體納米結(jié)構(gòu)連接形成的觸須 狀納米結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度為48 68 y m,多面體的大小由觸須狀結(jié)構(gòu)頂端到底端逐漸變大。上述半導(dǎo)體材料的制備方法，包括如下步驟a、將ln203粉和C粉以1 3的摩爾比例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(yù)先加熱至700 1000°C、水平放置的管式生長(zhǎng)爐的中部；c、管式生長(zhǎng)爐中通入惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強(qiáng)下反應(yīng)120 360min ；d、取出石英舟和硅片，得到在硅片上復(fù)合ln203棒狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料；其中步驟a中所述ln203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. 8L/min。
所述水平放置的管式生長(zhǎng)爐由兩根管組成，其中一根管長(zhǎng)為70 100cm，直徑為 6 10cm ；另一根管長(zhǎng)為50 80cm，直徑為3 5cm ；反應(yīng)時(shí)，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(fā)明通過改變對(duì)熱蒸發(fā)過程中一些參量，如氣體流量，反應(yīng)溫度，硅片與源之間 距離的控制，合成了 ln203觸須狀納米結(jié)構(gòu)。相對(duì)于以前合成的納米結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的突出特 點(diǎn)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(fā)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(duì)設(shè)備的要求；(3)對(duì)載氣的要求不高，只需要Ar就可以，不需要加02等另外 的氣體；(4)方法簡(jiǎn)單，成本低，重復(fù)性好。且本發(fā)明采用硅片作為襯底，將ln203觸須狀納 米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)在硅襯底上，所述的觸須狀納米結(jié)構(gòu)，表面上有大量可作為發(fā)射點(diǎn)的棱角，可作 為良好的場(chǎng)發(fā)射陰極材料，其特有的納米級(jí)尖端，可用于制作各種精密儀器的探針，并可結(jié) 合目前成熟的半導(dǎo)體硅集成電路工藝，適合于集成納米光電子器件的制備。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的X射線衍射圖，圖中顯示所有的峰都是ln203的峰，沒有 任何雜質(zhì)峰存在。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1大量材料的SEM圖，圖中顯示ln203晶體長(zhǎng)度為48 68 y m, 多面體的大小由觸須狀結(jié)構(gòu)頂端到底端逐漸變大。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1放大倍數(shù)的SEM圖，圖中顯示ln203晶體為多面體納米結(jié)構(gòu) 連接形成的觸須狀納米結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1a、把硅片清洗干凈，然后切成1. 8cmX 1. 8cm小片；b、將水平放置的管式生長(zhǎng)爐以5°C /min的速率加熱到900°C ；c、將1. 5g ln203粉和4. 5g C粉混合作為源放到一個(gè)石英舟里，把一小片干凈的硅 片蓋在石英舟的上面，作為襯底來收集反應(yīng)生成物，硅片與源的垂直距離為6mm ；d、把石英舟放到預(yù)先加熱好的水平管式爐的中部；e、通入流量為0. 8L/min的惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強(qiáng)下反應(yīng)300min ；f、取出石英舟和硅片，在硅片上面長(zhǎng)有一層淡黃色的物質(zhì)，即制得所需材料。檢測(cè)所制得的材料，檢測(cè)結(jié)果如圖1、2、3所示。圖1顯示所有的峰都是ln203的 峰，沒有任何雜質(zhì)峰存在。圖2顯示ln203晶體長(zhǎng)度為48 68 y m,多面體的大小由觸須狀 結(jié)構(gòu)頂端到底端逐漸變大。圖3顯示ln203晶體為多面體納米結(jié)構(gòu)連接形成的觸須狀納米 結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2a、把硅片清洗干凈，然后切成2cmX 2cm小片；b、將水平放置的管式生長(zhǎng)爐以5°C /min的速率加熱到950°C ；c、將lg ln203粉和3g C粉混合作為源放到一個(gè)石英舟里，把一小片干凈的硅片蓋 在石英舟的上面，作為襯底來收集反應(yīng)生成物，硅片與源的垂直距離為8mm ；
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d、把石英舟放到預(yù)先加熱好的水平管式爐的中部；e、通入流量為0. 6L/min的惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強(qiáng)下反應(yīng)260min ；f、取出石英舟和硅片，在硅片上面長(zhǎng)有一層淡黃色的物質(zhì)，即制得所需材料。
權(quán)利要求
一種在硅片上復(fù)合In2O3觸須狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，其特征在于該材料包括硅片襯底及生長(zhǎng)在該襯底表面的In2O3晶體；所述In2O3晶體為多面體納米結(jié)構(gòu)連接形成的觸須狀納米結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度為48～68μm，多面體的大小由觸須狀結(jié)構(gòu)頂端到底端逐漸變大。
2.—種權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟a、將ln203粉和C粉以1 3的摩爾比例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(yù)先加熱至700 1000°C、水平放置的管式生長(zhǎng)爐的中部；c、管式生長(zhǎng)爐中通入惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強(qiáng)下反應(yīng)120 360min；d、取出石英舟和硅片，得到在硅片上復(fù)合ln203棒狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料；其中步驟a中所述ln203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. 8L/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述水平放置的管式生長(zhǎng)爐由兩根管 組成，其中一根管長(zhǎng)為70 100cm，直徑為6 10cm ；另一根管長(zhǎng)為50 80cm，直徑為3 5cm ；反應(yīng)時(shí)，小口徑管插入大口徑管中，載氣是直接通入到小口徑管中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在硅片上復(fù)合In2O3觸須狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料及其制備方法，其材料包括襯底，該襯底采用硅片，其襯底表面生長(zhǎng)有In2O3晶體；所述的In2O3晶體為多面體納米結(jié)構(gòu)連接形成的觸須狀納米結(jié)構(gòu)，In2O3晶體長(zhǎng)度為48～68μm，多面體的大小由觸須狀結(jié)構(gòu)頂端到底端逐漸變大。其制備方法是以In2O3粉和C粉作為原料，利用熱蒸發(fā)方法生長(zhǎng)得到In2O3觸須狀納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中的觸須狀納米結(jié)構(gòu)，表面上有大量可作為發(fā)射點(diǎn)的棱角，可作為良好的場(chǎng)發(fā)射陰極材料。本發(fā)明具有成本低，重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)，可結(jié)合目前成熟的半導(dǎo)體硅集成電路工藝，適合于集成納米光電子器件的制備。
文檔編號(hào)C04B41/50GK101851114SQ20101017438
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者朱自強(qiáng), 郁可, 黃雁君 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)