專利名稱：一種在硅片上復(fù)合In₂O₃花狀納米結(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花狀納米結(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， 納米箭等，并對這些納米結(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，限制了場發(fā)射性能的進(jìn)一步提高。

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花狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材 料，該材料不但具有納米級的尖端，而且在主干上還分布著大量的刺狀納米結(jié)構(gòu)，克服了現(xiàn) 有技術(shù)中許多納米結(jié)構(gòu)在場發(fā)射應(yīng)用中的不足。本發(fā)明的第二個目的在于提供在硅片上復(fù)合ln203花狀納米結(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)明的目的是這樣實現(xiàn)的—種在硅片上復(fù)合ln203花狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，特點是該材料包括硅片襯 底及生長在該襯底表面的ln203晶體；所述ln203晶體為花狀納米結(jié)構(gòu)，其花瓣為帶刺棒狀 納米結(jié)構(gòu)，棒的長度為40 80 ii m,刺的長度為0. 8 4. 6 ii m，刺狀納米結(jié)構(gòu)整齊地排列在 棒狀納米結(jié)構(gòu)的表面上。上述半導(dǎo)體材料的制備方法包括如下步驟a、將Sn粉、ln203粉和C粉以1 10 30的摩爾比混合，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爐的中部；c、管式生長爐中通入惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強(qiáng)下反應(yīng)120 240min ；d、取出石英舟和硅片，得到在硅片上復(fù)合ln203花狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料；其中步驟a中所述Sn粉的純度為99. 5% ；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. 6L/min。所述水平放置的管式生長爐由兩根管組成，其中一根管長為70 100cm，直徑為6 IOcm ；另一根管長為50 80cm，直徑為3 5cm ；反應(yīng)時，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)明通過改變對熱蒸發(fā)過程中一些參量，如誘導(dǎo)物，氣體流量，反應(yīng)溫度，硅片 與源之間距離的控制，合成了 In2O3花狀納米結(jié)構(gòu)。相對于現(xiàn)有技術(shù)合成的納米結(jié)構(gòu)，本發(fā) 明的突出特點是(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，降低了對設(shè)備的要求；(3)對載氣的要求不高，只需要Ar就可以，不需要 加O2等另外的氣體；(4)方法簡單，成本低，重復(fù)性好。本發(fā)明采用硅片作為襯底，將In2O3 花狀納米結(jié)構(gòu)生長在硅襯底上，花狀納米結(jié)構(gòu)表面上有大量可作為發(fā)射點的納米尖端，可 作為良好的場發(fā)射陰極材料。本發(fā)明可結(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)明實施例1的X射線衍射圖，圖中顯示所有的峰都是In2O3的峰，沒有 Sn或其他雜質(zhì)峰存在。圖2是本發(fā)明實施例1大量花狀納米結(jié)構(gòu)的SEM圖，圖中顯示In2O3晶體為帶刺棒 狀納米結(jié)構(gòu)底部連接在一起形成的花狀納米結(jié)構(gòu)。圖3是本發(fā)明實施例1的放大倍數(shù)的SEM圖，圖中顯示In2O3帶刺棒狀納米結(jié)構(gòu)長 度為40 80 μ m,刺狀納米結(jié)構(gòu)長度為0. 8 4. 6 μ m，刺狀納米結(jié)構(gòu)整齊地排列在棒狀納 米結(jié)構(gòu)的表面上。
具體實施例方式實施例1a、把硅片清洗干凈，然后切成1. 5cmX 1. 5cm小片；b、將水平放置的管式生長爐以5°C /min的速率加熱到900°C ；C、將0.2g Sn粉、2g In2O3粉和6g C粉混合作為源放到一個石英舟里，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4mm ；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. 5L/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Sn或其他雜質(zhì)峰存在。圖2顯示In2O3晶體為帶刺棒狀納米結(jié)構(gòu)底部連接在一起 形成的花狀納米結(jié)構(gòu)。圖3顯示In2O3帶刺棒狀納米結(jié)構(gòu)長度為40 80 μ m,刺狀納米結(jié) 構(gòu)長度為0. 8 4. 6 μ m，刺狀納米結(jié)構(gòu)整齊地排列在棒狀納米結(jié)構(gòu)的表面上。實施例2a、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爐以5°C /min的速率加熱到850°C ；C、將0. Ig Sn粉、Ig In2O3粉和3g C粉混合作為源放到一個石英舟里，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5mm ；
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. 3L/min的惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強(qiáng)下反應(yīng)200min ；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。
權(quán)利要求
一種在硅片上復(fù)合In2O3花狀納米結(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在該襯底表面的In2O3晶體；所述In2O3晶體為花狀納米結(jié)構(gòu)，其花瓣為帶刺棒狀納米結(jié)構(gòu)，棒的長度為40～80μm，刺的長度為0.8～4.6μm，刺狀納米結(jié)構(gòu)整齊地排列在棒狀納米結(jié)構(gòu)的表面上。
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Sn粉、ln203粉和C粉以1 10 30的摩爾比混合，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爐的中部；c、管式生長爐中通入惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強(qiáng)下反應(yīng)120 240min；d、取出石英舟和硅片，得到在硅片上復(fù)合ln203花狀納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料；其中步驟a中所述Sn粉的純度為99. 5% ；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. 6L/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爐由兩根管 組成，其中一根管長為70 100cm，直徑為6 10em ；另一根管長為50 80cm，直徑為3 5cm ；反應(yīng)時，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花狀納米結(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晶體為帶刺棒狀納米結(jié)構(gòu)底部連接在一起形成的花狀納米結(jié)構(gòu)，In2O3帶刺棒狀納米結(jié)構(gòu)長度為40～80μm，刺狀納米結(jié)構(gòu)長度為0.8～4.6μm，刺狀納米結(jié)構(gòu)整齊地排列在棒狀納米結(jié)構(gòu)的表面上。其制備方法是以Sn粉、In2O3粉和C粉作為原料，利用熱蒸發(fā)方法生長得到In2O3花狀納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中的花狀納米結(jié)構(gòu)，表面上有大量可作為發(fā)射點的納米尖端，可作為良好的場發(fā)射陰極材料。本發(fā)明具有成本低，重復(fù)性高等優(yōu)點，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C04B41/50GK101875565SQ20101017196
公開日2010年11月3日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者朱自強(qiáng), 郁可, 黃雁君 申請人:華東師范大學(xué)