專利名稱：在硅片上復(fù)合In₂O₃箭狀納米結(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，本發(fā)明涉及在硅片上復(fù)合In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
In2O3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)，In2O3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In2O3納米結(jié)構(gòu)，例如納米線，納米帶，納米方塊，八面體， 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。但是能應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)的方法很少，且反應(yīng)條件苛刻，生產(chǎn)成本高昂。本發(fā)明所提供的In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)及其制備方法， 克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)了在硅片上制備大規(guī)模的In2O3納米結(jié)構(gòu)，且方法簡單，對(duì)設(shè)備及制備條件要求不高，適合大規(guī)模生產(chǎn)。In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)具有納米級(jí)的尖端，底部是棒狀結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的構(gòu)造，使得它可用于高效的場發(fā)射材料，且可用于制作各種精密儀器的探頭；也可結(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發(fā)展。

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In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，包括硅片襯底，和生長在所述襯底表面的In2O3晶體。其中，所述In2O3晶體為箭狀納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的在硅片上復(fù)合In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，這種納米結(jié)構(gòu)具有很明顯的周期性，所述的In2O3晶體長度為5 15 μ m，頂端為多面體結(jié)構(gòu)，底部為棒狀結(jié)構(gòu)，棒狀結(jié)構(gòu)具有四個(gè)面，并從頂端到底端逐漸變細(xì)，10 30個(gè)箭狀納米結(jié)構(gòu)底部聚在一起形成一個(gè)花束狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的所述In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)，在國際上尚屬首次報(bào)道。本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供在硅片上復(fù)合In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料的制備方法，以解決現(xiàn)有In2O3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，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的新方法。制備在硅片上復(fù)合In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料的方法，包括如下步驟a、將In顆粒作為源放到石英舟里，把清洗后的硅片蓋在石英舟的上面，硅片與源的垂直距離為4 IOmm ；b、把石英舟放到預(yù)先加熱至700 1000°C的水平放置的管式生長爐的中部；C、通入惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強(qiáng)下反應(yīng)，得到產(chǎn)物。其中，所述步驟a中所述In顆粒的純度為99. 999%。其中，所述步驟c中所述通入的惰性氣體Ar的流量為0. 2 0. 6L/min ；所述在大氣壓強(qiáng)下的反應(yīng)時(shí)間為120 360min。其中，所述水平放置的管式生長爐是由兩根半徑不同的管組成的，大的氧化 鋁管長度為70 100cm，直徑為6 IOcm ；小的石英管長度為50 80cm，直徑為3 5cm。反應(yīng)時(shí)，把小口徑的管子插入大口徑管子中，反應(yīng)在小管中進(jìn)行，并且載氣是直接通入到小口徑管子中。制備在硅片上復(fù)合In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料的方法，具體步驟包括如下a、把硅片清洗干凈，然后切成幾小片；b、將水平放置的管式生長爐以5°C /min的速率加熱到700 1000°C ；C、將純度99. 999%的In顆粒作為源放到一個(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4 IOmm ；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. 2 0. 6L/min的惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強(qiáng)下反應(yīng)120 360min ；f、取出石英舟和硅片，在硅片上面長有一層淡黃色的物質(zhì)。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 In2O3箭狀納米結(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)不需要引入任何催化劑；(4)對(duì)載氣的要求不高，只需要Ar 就可以，不需要加O2等另外的氣體；(5)方法簡單，成本低，重復(fù)性好，而且是大面積的生長。且本發(fā)明采用硅片作為襯底，將In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)生長在硅襯底上，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發(fā)展。


圖1是箭狀納米結(jié)構(gòu)的X射線衍射1顯示所有的峰都是In2O3的峰，沒有任何雜質(zhì)峰存在。圖2是大量箭狀納米結(jié)構(gòu)的SEM2顯示In2O3晶體長度為5 15 μ m，10 30個(gè)箭狀納米結(jié)構(gòu)底部聚在一起形成一個(gè)花束狀結(jié)構(gòu)。圖3是箭狀納米結(jié)構(gòu)的放大倍數(shù)的SEM3顯示In2O3晶體頂端為多面體結(jié)構(gòu)，底部為棒狀結(jié)構(gòu)，棒狀結(jié)構(gòu)具有四個(gè)面，并從頂端到底端逐漸變細(xì)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1制備在硅片上復(fù)合In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，具體步驟如下a、把硅片清洗干凈，然后切成幾小片；b、將水平放置的管式生長爐以5°C /min的速率加熱到700°C ；c、將In顆粒(純度99. 999% )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7mm ；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. 4L/min的惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強(qiáng)下反應(yīng)240min ；f、取出石英舟和硅片，在硅片上面長有一層淡黃色的物質(zhì)，即制得所需材料。檢測所制得的材料，檢測結(jié)果如圖1、2、3所示。圖1顯示所有的峰都是In2O3的峰，沒有任何雜質(zhì)峰存在。圖2顯示In2O3晶體長度為5 15 μ m，10 30個(gè)箭狀納米結(jié)構(gòu)底部聚在一起形成一個(gè)花束狀結(jié)構(gòu)。圖3顯示In2O3晶體頂端為多面體結(jié)構(gòu)，底部為棒狀結(jié)構(gòu)，棒狀結(jié)構(gòu)具有四個(gè)面，并從頂端到底端逐漸變細(xì)。實(shí)施例2制備在硅片上復(fù)合In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，具體步驟如下a、把硅片清洗干凈，然后切成幾小片；b、將水平放置的管式生長爐以5°C /min的速率加熱到1000°C ；c、將In顆粒(純度99. 999% )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 ；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)180min ；f、取出石英舟和硅片，在硅片上面長有一層淡黃色的物質(zhì)，即制得所需材料。檢測所制得的材料，檢測結(jié)果如圖1、2、3所示。圖1顯示所有的峰都是In2O3的峰，沒有任何雜質(zhì)峰存在。圖2顯示In2O3晶體長度為5 15 μ m，10 30個(gè)箭狀納米結(jié)構(gòu)底部聚在一起形成一個(gè)花束狀結(jié)構(gòu)。圖3顯示In2O3晶體頂端為多面體結(jié)構(gòu)，底部為棒狀結(jié)構(gòu)，棒狀結(jié)構(gòu)具有四個(gè)面，并從頂端到底端逐漸變細(xì)。
權(quán)利要求
1.一種在硅片上復(fù)合In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，其特征在于，包括硅片襯底， 和生長在所述襯底表面的In2O3晶體，所述In2O3晶體為箭狀納米結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在硅片上復(fù)合In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，其特征在于，所述In2O3晶體長度為5 15 μ m，頂端為多面體結(jié)構(gòu)，底部為棒狀結(jié)構(gòu)，棒狀結(jié)構(gòu)具有四個(gè)面，并從頂端到底端逐漸變細(xì)，10 30個(gè)箭狀納米結(jié)構(gòu)底部聚在一起形成一個(gè)花束狀結(jié)構(gòu)。
3.制備如權(quán)利要求1、2或3所述半導(dǎo)體材料的方法，其特征在于，包括如下步驟a、將In顆粒作為源放到石英舟里，把清洗后的硅片蓋在石英舟的上面，硅片與源的垂直距離為4 IOmm ；b、把石英舟放到預(yù)先加熱至700 1000°C的水平放置的管式生長爐的中部；c、通入惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強(qiáng)下反應(yīng)，得到產(chǎn)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟a中所述In顆粒的純度為 99. 999%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟c中所述通入的惰性氣體Ar的流量為0. 2 0. 6L/min ；所述在大氣壓強(qiáng)下的反應(yīng)時(shí)間為120 360min。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述水平放置的管式生長爐是由兩根半徑不同的管組成的，大的氧化鋁管長度為70 100cm，直徑為6 IOcm ；小的石英管長度為 50 80cm，直徑為3 5cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在硅片上復(fù)合In2O3箭狀納米結(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，其襯底表面生長有In2O3晶體；所述的In2O3晶體長度為5～15μm，頂端為多面體結(jié)構(gòu)，底部為棒狀結(jié)構(gòu)，棒狀結(jié)構(gòu)具有四個(gè)面，并從頂端到底端逐漸變細(xì)，10～30個(gè)箭狀納米結(jié)構(gòu)底部聚在一起形成一個(gè)花束狀結(jié)構(gòu)。其制備方法是以In顆粒作為原料，利用熱蒸發(fā)方法生長得到In2O3箭狀納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有大面積生長，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發(fā)展。
文檔編號(hào)C04B41/50GK102219552SQ20101015056
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19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)