一種Ag摻雜GaN粉體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了Ag摻雜GaN粉體的制備方法，是通過以下工藝過程實現(xiàn)的：高純Ga2O3粉、高純AgNO3粉、NH3氣分別作為Ga源、Ag源和N源，把Ga2O3粉和高純AgNO3粉充分混合，將混合好的粉末置于陶瓷舟內(nèi)，放置于水平管式爐中間，抽真空并加熱。當溫度達到1050℃時，通入200sccm的NH3氣并保溫2.5h，然后自然冷卻到室溫。得到的樣品在HF、HNO3和HCI混合溶液中清洗，然后放進干燥箱中，在40℃下烘干，得到樣品。本發(fā)明的特點是：方法簡單，成本低，產(chǎn)率高，對環(huán)境危害小，易于推廣。
【專利說明】—種Ag摻雜GaN粉體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體納米材料及其制備的【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及半導體材料的制備及室溫鐵磁性研究,并主要關(guān)注室溫鐵磁性的Ag摻雜GaN粉體的制備。
【背景技術(shù)】
[0002]以II1- V族為代表的光電半導體材料中只有GaN的發(fā)光是在可見光之內(nèi)，因此在工業(yè)領(lǐng)域GaN的應用最為廣泛。GaN是制作各種發(fā)光電子器件的理想材料，如可用于制作發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、紫外探測器等高頻高溫電子器件，并對固體照明、指示燈、全色顯示、激光打印、環(huán)境監(jiān)測、光存儲、光通訊等領(lǐng)域均具有深遠的影響。
[0003]已有的研究工作大多是針對摻雜GaN納米材料的電學、光學或形貌方面的研究，且采用較為復雜的實驗操作方法，如使用金屬有機物汽相外延等。但目前仍沒有關(guān)于Ag摻雜GaN材料磁性試驗的報道，僅有少量的關(guān)于Ag摻雜GaN理論計算的報道。參閱，Computational Materials Science,第 55 卷,第 171-174 頁。
[0004]金屬有機物氣相外延(Metal-organicVapor Phase Epitaxy,簡稱 MOVPE):如1999年，A.St5tzler等人通過金屬有機氣相外延(MOVPE)方法，首先在AlN襯底上生長一層1.5微米厚的GaN緩沖層，然后再利用金屬有機氣相外延方法生長了 Ag摻雜的GaN薄膜，并研究了其發(fā)光性質(zhì)。參閱，Physica B，第273-274卷，第144-147頁。
[0005]由文獻調(diào)研可知金屬有機物汽相外延法的儀器和反應物昂貴，容易燃燒或者有毒，反應后產(chǎn)物需要進行無害化處理。同時，金屬有機物汽相外延操作復雜，成本高，需要的真空度高，生長速率慢。然而，直接氮化反應法可以克服這些缺點，并且其方法制備的納米材料還具有純度高、分散性好、產(chǎn)物均勻性好、對環(huán)境危害小、易于推廣等優(yōu)點，因此可廣泛應用于I1-VI族碳化物、II1- V族半導體的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于，提供一種通過直接氮化法制備室溫鐵磁的Ag摻雜GaN粉體的方法以解決現(xiàn)有技術(shù)制備工藝復雜、成本高等問題。采用高純Ga2O3粉末和NH3氣分別作為Ga源和N源，高純AgNO3粉作為Ag源，以獲得磁性能可調(diào)控的粉體。本方法簡單易行、成本低、所有原料都很常見，可以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007]本發(fā)明是通過以下工藝過程實現(xiàn)的:在陶瓷舟中制備過渡非磁性元素Ag摻雜GaN粉體。所用系統(tǒng)由硅鑰棒加熱的水平管式爐、氣路系統(tǒng)和真空系統(tǒng)組成。這種制備過渡非磁性元素Ag摻雜GaN粉體的方法用以解決現(xiàn)有技術(shù)制備工藝復雜、成本高等問題。采用高純Ga2O3粉和NH3氣分別作為Ga源和N源，高純AgNO3粉作為Ag源。通過瑪瑙研缽把Ga2O3粉、AgNO3粉充分混合在一起。然后取混合好的粉末于陶瓷舟中并把陶瓷舟放置于水平管式爐中間，密封水平管式爐。使用機械泵和擴散泵對系統(tǒng)抽真空，爐內(nèi)真空度抽至9X 10-3 Pa，除去系統(tǒng)中殘留的水氣和氧氣。通入Ar氣，并對管式爐進行加熱。當管式爐加熱區(qū)的溫度達到1050 1:時，通入的Ar氣被替換為200 sccm的NH3氣并保溫2.5 h。然后停止加熱，關(guān)掉氨氣，通入氬氣并自然冷卻到室溫。最后在陶瓷舟中得到淡黃色的粉末狀產(chǎn)物。得到的樣品在HF、順03和此1混合溶液中清洗，然后放進干燥箱中，在40°C下烘干，得到樣品。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點在于:直接氮化反應法制備出過渡非磁性元素Ag摻雜的GaN粉體，其Ag的摻雜量易于控制，制備工藝簡單，得到與其它技術(shù)不一樣的磁學性質(zhì)。本實驗產(chǎn)物對環(huán)境污染小，可控性好，易于推廣，因而具有重要的研究價值和廣闊的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1 為制備樣品的 XRD 圖:(I)x=0%, (2)x=0.20%, (3)x=0.41%。
[0010]圖2 為制備樣品的 SEM 圖:(4)x=0%, (5)x=0.20%, (6)x=0.41%。
[0011]圖3為未摻雜及不同Ag摻雜量的GaN樣品的磁滯回線圖:
(7)z=0%，(8)x=0.20%, (9)x=0.41%。
[0012]圖4為未摻雜及不同Ag摻雜量的GaN樣品的磁滯回線放大圖:
(10U=0%, (IDx=0.20%, (12)ζ=0.41%。
【具體實施方式】
[0013] 實施例1
在陶瓷舟中制備未摻雜GaN粉體。采用高純Ga2O3粉和NH3氣分別作為Ga源和N源。把0.4686g Ga2O3 (0.0025mol)放進陶瓷舟中并把陶瓷舟放置于水平管式爐中間，密封水平管式爐。使用機械泵和擴散泵對系統(tǒng)抽真空，使爐內(nèi)真空度抽至9 X 10-3 Pa,除去系統(tǒng)中殘留的水氣和氧氣。通入Ar氣，并對管式爐進行加熱。當管式爐加熱區(qū)的溫度達到1050 V時，通入的Ar氣被替換為200 sccm的NH3氣并保持2.5 h。然后停止加熱，關(guān)掉氨氣，通入氬氣，自然冷卻到室溫。最后在陶瓷舟中得到淡黃色的粉末狀產(chǎn)物。得到的樣品在HF、HNO3和HCI混合溶液中清洗，然后放進干燥箱中，在40°C下烘干，得到樣品。
[0014]實施例2
在陶瓷舟中制備Ag摻雜GaN粉體。采用高純Ga2O3粉和NH3氣分別作為Ga源和N源，高純AgNO3粉作為Ag源。按0.4686g Ga2O3粉，0.045g AgNO3粉的質(zhì)量比(預摻雜量為5%)，通過瑪瑙研缽把Ga2O3粉和AgNO3粉充分混合在一起。然后取混合好的粉末于陶瓷舟中并把陶瓷舟放置于水平管式爐中間，密封水平管式爐。使用機械泵和擴散泵對系統(tǒng)抽真空，使爐內(nèi)真空度抽至9 X 10_3 Pa,除去系統(tǒng)中殘留的水氣和氧氣。通入Ar氣，并對管式爐進行加熱。當管式爐加熱區(qū)的溫度達到1050 1:時，通入的Ar氣被替換為200 sccm的NH3氣并保持2.5 h。然后，停止加熱，關(guān)掉氨氣，通入Ar氣，自然冷卻到室溫。最后在陶瓷舟中得到淡黃色的粉末狀產(chǎn)物。得到的樣品在HF、HNO3和HCI混合溶液中清洗，然后放進干燥箱中，在40°C下烘干，得到樣品。
[0015]實施例3
在陶瓷舟中制備Ag摻雜GaN粉體。采用高純Ga2O3粉和NH3氣分別作為Ga源和N源，高純AgNO3粉作為Ag源。按0.4686g Ga2O3粉，0.094g AgNO3粉的質(zhì)量比(預摻雜量為10%)，通過瑪瑙研缽把Ga2O3粉和AgNO3粉充分混合在一起。然后取混合好的粉末于陶瓷舟中并把陶瓷舟放置于水平管式爐中間。陶瓷舟置于中央加熱區(qū)處，密封水平管式爐。使用機械泵和擴散泵對系統(tǒng)抽真空，使爐內(nèi)真空度抽至9X 10-3 Pa，除去系統(tǒng)中殘留的水氣和氧氣。通入Ar氣，并對管式爐進行加熱。當管式爐加熱區(qū)的溫度達到1050 °C時，通入的Ar氣被替換為200 sccm的NH3氣并保持2.5 h。然后停止加熱，關(guān)掉氨氣，通入氬氣，自然冷卻到室溫。最后在陶瓷舟中得到淡黃色的粉末狀產(chǎn)物。得到的樣品在HF、HNO3和HCI混合溶液中清洗，然后放進干燥箱中，在40°C下烘干，得到樣品。所得的不同Ag摻雜量GaN粉體分別根據(jù)EDX測試結(jié)果確定為Gai_xAgxN，其中z=0.20%、x=0.41%。未摻雜和不同Ag摻量GaN粉體的XRD譜顯示為纖鋅礦GaN結(jié)構(gòu)(ICDD-PDF N0.50-0762)，如圖1。SEM觀察Ag摻雜GaN粉體由大量不規(guī)則形貌的小顆粒組成，隨著摻雜率的增加顆粒的尺寸發(fā)生不規(guī)則變化，如圖2。在室溫下，未摻雜GaN粉體顯示弱的鐵磁性，如圖3，飽和磁化強度Ms為4.51 X 10_4emu/g，矯頑力H。為135 Oe0不同Ag摻雜量的GaN粉體都具有稍強的鐵磁性，如圖3。當摻雜量為Z=0.20%,0.41%時對應的飽和磁化強度Ms分別為9.56 X 10'1.46 X IO^3 emu/g,對應的矯頑力Hc分別為231.40e、199.5 0e，如圖4。
[0016]由以上實例可以看出，采用直接氮化反應法制備的Ag摻雜GaN粉體具有室溫鐵磁性，其產(chǎn)物均勻性好、可控性好、工藝簡單、成本低的特點，因而具有重要的研究價值和廣闊的應用前 景。
【權(quán)利要求】
1.過渡族非磁性元素Ag摻雜GaN粉體的制備方法:本方法為直接氮化反應法，在陶瓷舟中制備了 Ag摻雜GaN粉體；所用系統(tǒng)由硅鑰棒加熱的水平管式爐、氣路系統(tǒng)和真空系統(tǒng)組成；高純Ga2O3粉，高純AgNO3粉，NH3氣分別作為Ga源，Ag源和N源；將粉末充分混合后置于陶瓷舟中，將陶瓷舟置于高溫水平管式爐中央加熱區(qū)處，密封水平管式爐；使用機械泵和擴散泵對系統(tǒng)抽真空,使爐內(nèi)真空度抽至9 X 10_3 Pa ;通入Ar氣，使系統(tǒng)達到常壓，并對管式爐進行加熱；當管式爐加熱區(qū)的溫度達到1050 1:時，通入的Ar氣被替換為200 sccm的NH3氣并保溫2.5 h;然后停止加熱，關(guān)掉氨氣，通入氬氣，自然冷卻到室溫；最后在陶瓷舟中得到淡黃色的粉末狀產(chǎn)物；得到的樣品在HF、HNO3和HCI混合溶液中清洗，然后放進干燥箱中，在40°C下烘干，得到樣品。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的源為高純Ga2O3粉，高純AgNO3粉，NH3氣。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述溫度為1050°C。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氨氣的通入流量為200Sccm0
5.如權(quán)利要求1 所述的制備方法，其特征在于，所述時間為2.5 h。
【文檔編號】C01B21/06GK103879976SQ201410126532
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】孫長龍, 孫言飛 申請人:新疆大學