專利名稱：在硅片上復合In₂O₃塔狀納米結構的半導體材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電子材料、半導體材料與器件技術領域，具體地說，本發(fā)明涉及在硅片上復合In2O3塔狀納米結構的半導體材料及其制備方法。
背景技術：
In2O3是一種寬帶隙透明半導體材料，其直接帶隙在3. 55 3. 75eV范圍內，具有良好的導電性和較高的透光率。由于其獨特的電學、化學和光學性質，In2O3在化學、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域具有廣泛的應用空間。近來，人們利用各種方法(溶液法，分子束外延，脈沖激光沉積，金屬有機物化學氣相沉積等)制備出了各種不同的In2O3納米結構，例如納米線，納米帶，納米方塊，八面體， 納米箭等，并對這些納米結構的光電特性進行了研究。結果表明，具有尖端的那些納米結構更容易發(fā)射出電子，然而至目前為止已經(jīng)公開的現(xiàn)有技術中，所有的納米結構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)射性能的進一步提高，所以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)射點的結構來作為新一代的場發(fā)射陰極材料。 本發(fā)明所提供的In2O3納米結構不但具有納米級的尖端，而且在主干上還分布著許多棱角， 從而克服現(xiàn)有技術中許多納米結構在場發(fā)射應用中的不足。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種在硅片上復合In2O3塔狀納米結構的半導體材料，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晶體為塔狀納米結構。本發(fā)明提供的在硅片上復合In2O3塔狀納米結構的半導體材料，這種納米結構具有很明顯的層次變化，并具有周期性，所述的In2O3晶體長度為40 60μπι，具有周期性的層狀結構，層狀結構由底部到頂部逐漸減小，最后在頂部形成一個尖端，每個塔狀結構有四處開口。本發(fā)明提供的所述周期性的In2O3塔狀納米結構，在國際上尚屬首次報道。本發(fā)明的第二個目的在于提供在硅片上復合In2O3塔狀納米結構的半導體材料的制備方法，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。制備在硅片上復合In2O3塔狀納米結構的半導體材料的方法，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、把石英舟放到預先加熱至600 800°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，在大氣壓強下反應，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. 3 0. 6L/min ；所述在大氣壓強下的反應時間為120 240min。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。反應時，把小口徑的管子插入大口徑管子中，反應在小管中進行，并且載氣是直接通入到小口徑管子中。制備在硅片上復合In2O3塔狀納米結構的半導體材料的方法，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600 800°C ；C、將純度99. 999%的In顆粒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生成物，硅片與源的垂直距離為4 IOmm ；d、把石英舟放到預先加熱好的水平管式爐的中部；e、通入流量為0. 3 0. 6L/min的惰性氣體Ar作為載氣，在大氣壓強下反應120 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。本發(fā)明通過改變對熱蒸發(fā)過程中一些參量，如氣體流量，反應溫度，硅片與源之間距離的控制，合成了周期性的In2O3塔狀納米結構。相對于以前合成的納米結構，本發(fā)明的突出特點是(1)生長溫度低，最高只需要800°C，降低了對設備的要求；(2)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；(3)壓力只需要是常壓；(4)不需要引入任何催化劑；(5)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；(6)方法簡單，成本低，重復性好。且本發(fā)明采用硅片作為襯底，將In2O3塔狀納米結構生長在硅襯底上，可結合目前成熟的半導體硅集成電路工藝，適合于集成納米光電子器件的發(fā)展。


圖1是塔狀納米結構的X射線衍射1顯示所有的峰都是In2O3的峰，沒有任何雜質峰存在。圖2是大量塔狀納米結構的SEM2顯示In2O3晶體長度為40 60 μ m,具有周期性的層狀結構，每個塔狀結構有四處開口。圖3是塔狀納米結構的放大倍數(shù)的SEM3顯示層狀結構由底部到頂部逐漸減小，最后在頂部形成一個尖端。
具體實施例方式實施例1制備在硅片上復合In2O3塔狀納米結構的半導體材料，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600°C ；c、將In顆粒(純度99. 999% )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生成物，硅片與源的垂直距離為6mm ；
d、把石英舟放到預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，在大氣壓強下反應ISOmin ；f、取出石英舟和硅片，在硅片上面長有一層淡黃色的物質，即制得所需材料。檢測所制得的材料，檢測結果如圖1、2、3所示。圖1顯示所有的峰都是In2O3的峰， 沒有任何雜質峰存在。圖2顯示In2O3晶體長度為40 60 μ m,具有周期性的層狀結構，每個塔狀結構有四處開口。圖3顯示層狀結構由底部到頂部逐漸減小，最后在頂部形成一個尖端。實施例2制備在硅片上復合In2O3塔狀納米結構的半導體材料，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800°C ；c、將In顆粒(純度99. 999% )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生成物，硅片與源的垂直距離為8mm ；d、把石英舟放到預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，在大氣壓強下反應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，即制得所需材料。檢測所制得的材料，檢測結果如圖1、2、3所示。圖1顯示所有的峰都是In2O3的峰， 沒有任何雜質峰存在。圖2顯示In2O3晶體長度為40 60 μ m,具有周期性的層狀結構，每個塔狀結構有四處開口。圖3顯示層狀結構由底部到頂部逐漸減小，最后在頂部形成一個尖端。
權利要求
1.一種在硅片上復合In2O3塔狀納米結構的半導體材料，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晶體為塔狀納米結構。
2.根據(jù)權利要求2所述的在硅片上復合In2O3塔狀納米結構的半導體材料，其特征在于，所述In2O3晶體長度為40 60 μ m，具有周期性的層狀結構，層狀結構由底部到頂部逐漸減小，在頂部形成一個尖端，每個塔狀結構有四處開口。
3.制備如權利要求1、2或3所述半導體材料的方法，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、把石英舟放到預先加熱至600 800°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，在大氣壓強下反應，得到產(chǎn)物。
4.根據(jù)權利要求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. 3 0. 6L/min ；所述在大氣壓強下的反應時間為120 240min。
6.根據(jù)權利要求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合In2O3塔狀納米結構的半導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40～60μm，具有周期性的層狀結構，層狀結構由底部到頂部逐漸減小，最后在頂部形成一個尖端，每個塔狀結構有四處開口。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塔狀納米結構。本發(fā)明具有成本低，生長溫度低，重復性高等優(yōu)點，可結合目前成熟的半導體硅集成電路工藝，適合于集成納米光電子器件的發(fā)展。
文檔編號C04B41/50GK102219553SQ20101015057
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權日2010年4月19日
發(fā)明者朱自強, 郁可, 黃雁君 申請人:華東師范大學