一種強(qiáng)紅光發(fā)射的ZnO材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料及其制備領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)紅光發(fā)射的ZnO材料的制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體發(fā)光材料是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。常規(guī)的半導(dǎo)體照明技術(shù)是采用能發(fā)射 短波長高能光子的半導(dǎo)體材料作為芯片，來激發(fā)外部能發(fā)射長波光的熒光粉，從而獲得白 光。但這種獲得白光的方法會因?yàn)樗雇锌怂刮灰贫a(chǎn)生大量的能量損耗，從而降低器件的 發(fā)光效率，增加電能損耗。另一種近年來受到關(guān)注的半導(dǎo)體照明發(fā)光技術(shù)是直接對半導(dǎo)體 發(fā)光材料進(jìn)行光譜調(diào)制，使半導(dǎo)體材料芯片其能直接發(fā)出白光。這種方式在理論上具有更 高的發(fā)光效率，但如何對半導(dǎo)體發(fā)光材料進(jìn)行光譜調(diào)制以滿足白光組合的要求是一個(gè)關(guān)鍵 的問題。
[0003]ZnO是一種典型的半導(dǎo)體發(fā)光材料，其正常的發(fā)光光譜有兩個(gè)發(fā)光峰，一個(gè)是位于 380nm左右的帶間躍迀峰，一個(gè)是位于450_530nm范圍的本征雜質(zhì)躍迀峰。但380nm屬于 紫外波段，450-530nm屬于藍(lán)綠色波段，兩者波長都較短，要實(shí)現(xiàn)光譜調(diào)制以滿足白光組合 的要求還需要在長波段實(shí)現(xiàn)發(fā)光。目前很少有制備出具有700nm以上波段強(qiáng)發(fā)光峰的ZnO 材料的報(bào)道。文獻(xiàn)（LSVlasenko,⑶Watkins,PhysicalReviewB, 71，125210,2005)報(bào)道 制備出了發(fā)光峰在700nm的ZnO材料，但這種ZnO是通過體單晶加工而制備獲得，由于ZnO 體單晶價(jià)格極其昂貴，無法大規(guī)模推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種發(fā)光峰位于720nm處的強(qiáng)紅光發(fā) 射的ZnO材料的制備方法，該方法過程簡單安全、所用設(shè)備和原料價(jià)格低廉。目前尚未見相 同或相近的專利和文獻(xiàn)報(bào)道。
[0005] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案：
[0006] -種強(qiáng)紅光發(fā)射的ZnO材料的制備方法，包括將含銅化合物與制備氧化鋅材料的 原料混合進(jìn)行摻雜Cu的氧化鋅材料的生長，然后利用紫外線的能量將摻雜Cu的氧化鋅材 料中的Cu激活。
[0007] 具體的，摻雜Cu的氧化鋅材料中ZnO和Cu的摩爾比為50:1。
[0008] 進(jìn)一步的，所述的含銅化合物為硝酸銅，所述的制備制備氧化鋅材料的原料包括 硝酸鋅，硝酸鋅濃度為〇. 01~〇.lmol/L，硝酸銅濃度為0. 5~2mmol/L。
[0009] 更進(jìn)一步的，所述的制備制備氧化鋅材料的原料還包括氨水和三乙醇胺，氨水濃 度為(λ01~(λlmol/L，三乙醇胺濃度為(λ02~(λ2mol/L。
[0010] 具體的，所述的將含銅化合物與制備氧化鋅材料的原料混合進(jìn)行摻雜Cu的氧化 鋅材料的生長條件為在500W的微波中加熱生長2小時(shí)。
[0011] 更具體的，進(jìn)行摻雜Cu的氧化鋅材料的生長后再進(jìn)行摻雜Cu的氧化鋅材料的熱 處理，所述的熱處理的溫度為500°C，熱處理的真空度為lOPa以下。
[0012] 本發(fā)明的有益效果為：
[0013] (1)ZnO材料的正常發(fā)光峰位于380nm附近的紫外波段或450-530nm附近的藍(lán)綠波 段，而本發(fā)明制備的ZnO材料在720nm的紅光波段具有強(qiáng)發(fā)光特性，這種強(qiáng)紅光發(fā)射為白光 調(diào)制提供了光譜的補(bǔ)充波段；
[0014] (2)本發(fā)明制備的ZnO材料方法過程簡單安全、所用設(shè)備和原料價(jià)格低廉，無需真 空設(shè)備，也無需ZnO單晶等非常昂貴的原材料，適合工業(yè)化大規(guī)模制備。
【附圖說明】
[0015] 圖1是實(shí)施例一制備的ZnO材料的PL發(fā)光譜；
[0016] 圖2是實(shí)施例一制備的ZnO材料的XRD譜；
[0017] 以下結(jié)合說明書附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做具體說明。
【具體實(shí)施方式】
[0018] ZnO是一種典型的半導(dǎo)體發(fā)光材料，要實(shí)現(xiàn)光譜調(diào)制以滿足白光組合的要求還需 要在長波段實(shí)現(xiàn)發(fā)光，而現(xiàn)有的使其能在長波段發(fā)光的方法價(jià)格昂貴且制備過程繁瑣，不 適于大規(guī)模的推廣使用；
[0019] 本發(fā)明欲通過更加簡單且易于推廣的辦法進(jìn)行強(qiáng)紅光發(fā)射的氧化鋅材料的制備， 通過水熱法制備氧化鋅材料，并通過在氧化鋅材料的制備過程中摻雜銅元素實(shí)現(xiàn)氧化鋅材 料的強(qiáng)紅光發(fā)射，生長出來的氧化鋅材料再通過熱處理和紫外光激活即可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)紅外發(fā)射 的效果；
[0020] 制備摻雜銅元素的氧化鋅材料所用的原料包括硝酸鋅、硝酸銅、氨水和三乙醇胺， 硝酸鋅濃度為〇· 01~〇·lmol/L，硝酸銅濃度為0· 5~2mmol/L，氨水濃度為0· 01~0·lmol/ L，三乙醇胺濃度為0. 02~0. 2mol/L。
[0021] 實(shí)施例1 :
[0022] 步驟1 :配制硝酸鋅、硝酸銅、氨水和三乙醇胺的混合溶液，其中硝酸鋅濃度為 0· 05mol/L，硝酸銅濃度為lmmol/L，氨水濃度為0· 05mol/L，三乙醇胺濃度為0· 01mol/L。溶 液配制好后在燒杯中混合均勻；
[0023] 步驟2:將玻璃片置于超聲波清洗機(jī)中處理，處理溶液依次為甲苯、丙酮、四氯化 碳、乙醇和去離子水，每種溶液處理5分鐘，處理完畢后用高純氮?dú)獯蹈桑?br>[0024] 步驟3:將處理后的玻璃片斜置于放置上述溶液的燒杯中，將燒杯放入微波爐中 利用微波加熱，微波功率500W，加熱時(shí)間2小時(shí)，該過程結(jié)束后玻璃片上即生長了一層摻Cu 的ZnO材料；
[0025] 步驟4:將ZnO材料放于真空管式爐中，抽真空至10Pa以下，在500°C下熱處理1 小時(shí)；
[0026] 步驟5 :將ZnO材料放于汞燈下照射24小時(shí)，利用紫外線的能量激活摻雜元素，汞 燈功率為500W。
[0027]圖1是本實(shí)施例所制備的ZnO材料的PL發(fā)光譜，圖中可以看出材料在紅光波段 具有很強(qiáng)的發(fā)光峰；圖2是實(shí)施例一制備的ZnO材料的XRD譜，可以看出材料是典型的 ZnO(002)高取向材料，而且沒有分相雜峰，表明銅確實(shí)已經(jīng)摻入了ZnO晶格中；表1給出了 本實(shí)施例所制備的PL光譜中紅光峰已做歸一化處理后的相對強(qiáng)度。
[0028] 實(shí)施例2 :
[0029] 制備方法與測試同實(shí)施例1，但是步驟1中未加入硝酸銅溶液。表1給出了本實(shí) 施例所制備的PL光譜中紅光峰已做歸一化處理后的相對強(qiáng)度，從表1可以看出本實(shí)施例的 ZnO材料幾乎沒有紅光發(fā)射。
[0030] 實(shí)施例3 :
[0031] 制備方法與測試同實(shí)施例1，但是步驟1中未加入氨水溶液。表1給出了本實(shí)施例 所制備的PL光譜中紅光峰已做歸一化處理后的相對強(qiáng)度，從表1可以看出本實(shí)施例的ZnO 材料紅光發(fā)射強(qiáng)度較實(shí)施例1差。
[0032] 實(shí)施例4 :
[0033] 制備方法與測試同實(shí)施例1，但是步驟1中未加入三乙醇胺溶液。表1給出了本實(shí) 施例所制備的PL光譜中紅光峰已做歸一化處理后的相對強(qiáng)度，從表1可以看出本實(shí)施例的 ZnO材料紅光發(fā)射強(qiáng)度較實(shí)施例1差。
[0034] 實(shí)施例5 :
[0035] 制備方法與測試同實(shí)施例1，但是步驟3中未用微波加熱處理。表1給出了本實(shí) 施例所制備的PL光譜中紅光峰已做歸一化處理后的相對強(qiáng)度，從表1可以看出本實(shí)施例的 ZnO材料幾乎沒有紅光發(fā)射。
[0036] 實(shí)施例6 :
[0037] 制備方法與測試同實(shí)施例1，但是省略了步驟4中的熱處理環(huán)節(jié)。表1給出了本實(shí) 施例所制備的PL光譜中紅光峰已做歸一化處理后的相對強(qiáng)度，從表1可以看出本實(shí)施例的 ZnO材料紅光發(fā)射強(qiáng)度較實(shí)施例1差。
[0038] 實(shí)施例7:
[0039] 制備方法與測試同實(shí)施例1，但是省略了步驟5中的汞燈照射環(huán)節(jié)。表1給出了本 實(shí)施例所制備的PL光譜中紅光峰已做歸一化處理后的相對強(qiáng)度，從表1可以看出本實(shí)施例 的ZnO材料幾乎沒有紅光發(fā)射。
[0040]表1 [0041 ]

【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種強(qiáng)紅光發(fā)射的ZnO材料的制備方法，其特征在于，包括將含銅化合物與制備氧 化鋅材料的原料混合進(jìn)行摻雜Cu的氧化鋅材料的生長，然后利用紫外線的能量將摻雜Cu 的氧化鋅材料中的Cu激活。2. 如權(quán)利要求1所述的強(qiáng)紅光發(fā)射的ZnO材料的制備方法，其特征在于，摻雜Cu的氧 化鋅材料中ZnO和Cu的摩爾比為50:1。3. 如權(quán)利要求1或2所述的強(qiáng)紅光發(fā)射的ZnO材料的制備方法，其特征在于，所述的 含銅化合物為硝酸銅，所述的制備氧化鋅材料的原料包括硝酸鋅，硝酸鋅濃度為〇. 01~ 0. lmol/L，硝酸銅濃度為0. 5~2mmol/L。4. 如權(quán)利要求3所述的強(qiáng)紅光發(fā)射的ZnO材料的制備方法，其特征在于，所述的制備 氧化鋅材料的原料還包括氨水和三乙醇胺，氨水濃度為〇. 01~〇. lmol/L，三乙醇胺濃度為 0?02 ~0? 2mol/L〇5. 如權(quán)利要求1所述的強(qiáng)紅光發(fā)射的ZnO材料的制備方法，其特征在于，所述的將含銅 化合物與制備氧化鋅材料的原料混合進(jìn)行摻雜Cu的氧化鋅材料的生長條件為在500W的微 波中加熱生長2小時(shí)。6. 如權(quán)利要求1所述的強(qiáng)紅光發(fā)射的ZnO材料的制備方法，其特征在于，進(jìn)行摻雜 Cu的氧化鋅材料的生長后再進(jìn)行摻雜Cu的氧化鋅材料的熱處理，所述的熱處理的溫度為 500°C，熱處理的真空度為IOPa以下。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種強(qiáng)紅光發(fā)射的ZnO材料的制備方法，該ZnO材料生長在玻璃基片上，并進(jìn)行了銅摻雜，其中ZnO和Cu的摩爾比例50:1，制備所述的ZnO材料的方法，包括配置混合前驅(qū)溶液，通過前驅(qū)溶液微波合成ZnO材料，再對ZnO材料進(jìn)行熱處理后，即得強(qiáng)紅光發(fā)射的ZnO材料；ZnO材料的正常發(fā)光峰位于380nm附近的紫外波段或450-530nm附近的藍(lán)綠波段，而本發(fā)明制備的ZnO材料在720nm的紅光波段具有強(qiáng)發(fā)光特性，這種強(qiáng)紅光發(fā)射為白光調(diào)制提供了光譜的補(bǔ)充波段。
【IPC分類】C09K11/58
【公開號】CN105238393
【申請?zhí)枴緾N201510602524
【發(fā)明人】段理, 樊繼斌, 于曉晨, 田野, 何鳳妮, 程曉姣
【申請人】長安大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月21日