專利名稱：六方纖鋅礦結構納米ZnMgO線材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及六方纖鋅礦結構納米ZnMgO線材料及其制備方法，屬于半導體材料技術領域。
背景技術：
ZnO為纖鋅礦結構，是一種直接能帶的寬禁帶半導體材料。在2K時其禁帶寬度為3.37電子伏特，在室溫下有60毫電子伏特的激子束縛能，遠大于GaN(25毫電子伏特)，因此它很有希望用作低閾值短波長(藍綠波段)發(fā)光器件，如發(fā)光二極管和激光二極管等，在光學上有很大的應用前景。通過制得-維的ZnO及納米線結構，由于其特殊的尺寸和物理特性，可用于納米加工技術和納米器件。同時由于MgO的禁帶寬度為7.7電子伏特，通過改變Mg的含量，可以對ZnO的帶寬進行調節(jié)，從而控制光電器件的發(fā)光波長。制備ZnMgO納米材料對開發(fā)波長可調的光電器件來說無疑是一項很有意義的工作。
目前關于六方纖鋅礦結構ZnMgO納米材料的報道很少，只有德國科學家RKling報道了用金屬有機物氣相外延法(MOVPE)(Nanotechnology，2004，75，1043-1046)，在金催化下生長ZnMgO納米柱狀結構(Appl.Phys.Lett.，2005，86，143113)，其工藝復雜，成本高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為開發(fā)波長可調的光電器件提供一種六方纖鋅礦結構納米ZnMgO線材料及其制備方法。
本發(fā)明的六方纖鋅礦結構納米ZnMgO線材料，其特征在于該材料具有c軸取向，它的組分及其摩爾百分比含量為Zn80～87Mg13～20上述組分含量之和為100％。
六方纖鋅礦結構納米ZnMgO線材料的制備方法，采用熱蒸發(fā)法，包括以下的步驟1)按比例取純Zn和純Mg粉末，經充分混合后放入端部有小孔的半封閉石英玻璃反應器中，在反應器內相隔混合粉末一段距離處放置一片襯底；2)將反應器放入溫度為600～850℃的管式加熱爐中，加熱爐抽真空并保持在10～20Pa，同時向爐中通入純度為99％的氬氣，兩分鐘后停止抽真空和通氬氣，通入空氣，保持一分鐘，之后再抽真空和通氬氣，保持十分鐘，氣體流量維持在10-50sccm，混合粉末蒸汽在襯底上結晶，經氧化形成六方纖鋅礦結構納米ZnMgO線材料。
上述的襯底可以采用硅片、石英片、或藍寶石等，優(yōu)選硅片。
本發(fā)明的立方相納米ZnMgO線材料，以純Zn和純Mg粉末為原料，成本較低。采用熱蒸發(fā)法制備，所用設備簡易，操作方便，產率較高。


圖1是反應裝置示意圖；圖2是XRD測試結果；圖3是EDX測試結果；圖4是場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)照片；圖5是高分辨透射電子顯微鏡照片；圖6是室溫光制發(fā)光(PL)測試結果。
具體實施方法以下結合具體實例對本發(fā)明作進一步的說明。
圖1是根據本發(fā)明方法采用的反應裝置示意圖，圖中1為由兩個半圓筒石英玻璃舟扣合構成的半封閉石英玻璃反應器，石英玻璃反應器的一端開有一個半徑為0.3cm小孔2，3為Zn和Mg的混合粉末，4為襯底，5為加熱器，6為管式加熱爐，管式加熱爐的一端接真空泵7，另一端有進氣口8。
實例1取0.730g(0.0112摩爾)，純度為99.999％的Zn粉和0.0055g(0.00023摩爾)，純度為99％的Mg粉，充分混合。將混合粉末放入上述石英玻璃反應器中，在反應器內距離粉末1.5cm處放置一片的硅片，將反應器放入溫度為850℃的管式加熱爐中，反應器的小孔對著真空泵抽氣的方向。加熱爐抽真空并保持在10Pa。同時向爐中通入純度為99％的氬氣，兩分鐘后停止抽真空和通氬氣，通入空氣，保持一分鐘，之后再抽真空和通氬氣，保持十分鐘，混合粉末蒸汽在硅片上結晶，氧化形成納米ZnMgO線材料，將反應器取出在大氣下冷卻。
我們對所得樣品進行了一系列測試。XRD測試結果(見圖2)顯示所得的樣品是六方纖鋅礦結構結構，且沿c軸取向。EDX測試結果(見圖3)，表明樣品只含有Zn，Mg與O元素，經計算，樣品組分為Zn0.84Mg0.16O；場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)照片顯示典型的納米線形貌，直徑為30-50納米左右(圖4所示)；高分辨透射電子顯微鏡照片(見圖5)顯示所得納米線Zn0.84Mg0.16O是單晶，晶面間距為0.26nm，進一步證明沿c軸取向。由圖6可見，PL譜顯示退火后譜線向短波長移動，表明所得ZnMgO的禁帶相比ZnO變寬。
實例2取0.78g(0.0120摩爾)，純度為99.999％的Zn粉和0.0393g(0.0016摩爾)，純度為99％的Mg粉，充分混合。將混合粉末放入上述石英玻璃反應器中，在反應器內距離粉末1.5cm處放置一片的硅片，將反應器放入溫度為600℃的管式加熱爐中，反應器的小孔對著真空泵抽氣的方向。加熱爐抽真空并保持在10Pa。同時向爐中通入純度為99％的氬氣，兩分鐘后停止抽真空和通氬氣，通入空氣，保持一分鐘，之后再抽真空和通氬氣，保持十分鐘，混合粉末蒸汽在襯底上結晶，氧化形成納米ZnMgO線材料。
我們對所得樣品進行了測試。XRD測試結果顯示所得的樣品是六方纖鋅礦結構結構，且沿c軸取向。EDX測試結果表明樣品只含有Zn，Mg與O元素，經計算，樣品組分為Zn0.87Mg0.13O。場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)照片顯示典型的納米線形貌。
實例3取0.83g(0.0127摩爾)，純度為99.999％的Zn粉和0.0766g(0.0032摩爾)，純度為99％的Mg粉，充分混合。將混合粉末放入上述石英玻璃反應器中，在反應器內距離粉末1.5cm處放置一片的硅片，將反應器放入溫度為850℃的管式加熱爐中，反應器的小孔對著真空泵抽氣的方向。加熱爐抽真空并保持在10Pa。同時向爐中通入純度為99％的氬氣，兩分鐘后停止抽真空和通氬氣，通入空氣，保持一分鐘，之后再抽真空和通氬氣，保持十分鐘，混合粉末蒸汽在襯底上結晶，氧化形成納米ZnMgO線材料。
我們對所得樣品進行了測試。XRD測試結果顯示所得的樣品是六方纖鋅礦結構結構，且沿c軸取向；EDX測試結果表明樣品只含有Zn，Mg與O元素，經計算，樣品組分為Zn0.8Mg0.2O；場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)照片顯示典型的納米線形貌。
權利要求
1.六方纖鋅礦結構納米ZnMgO線材料，其特征在于該材料具有c軸取向，它的組分及其摩爾百分比含量為Zn 80～87Mg 13～20上述組分含量之和為100％。
2.根據權利要求1所述的六方纖鋅礦結構納米ZnMgO線材料的制備方法，其特征在于包括以下的步驟1)按比例取純Zn和純Mg粉末，經充分混合后放入端部有小孔的半封閉石英玻璃反應器中，在反應器內相隔混合粉末一段距離處放置一片襯底；2)將反應器放入溫度為600～850℃的管式加熱爐中，加熱爐抽真空并保持在10～20Pa，同時向爐中通入純度為99％的氬氣，兩分鐘后停止抽真空和通氬氣，通入空氣，保持一分鐘，之后再抽真空和通氬氣，保持十分鐘，氣體流量維持在10-50sccm，混合粉末蒸汽在襯底上結晶，經氧化形成六方纖鋅礦結構納米ZnMgO線材料。
3.根據權利要求1所述的六方纖鋅礦結構納米ZnMgO線材料的制備方法，其特征在于所說的襯底是硅片、石英片、或藍寶石。
全文摘要
本發(fā)明公開的六方纖鋅礦結構ZnMgO線材料具有c軸取向，它的組分及其摩爾百分比含量為Zn 80～87，Mg 13～20。采用熱蒸發(fā)法，以高純氬氣和空氣為反應氣氛，在10～20Pa壓強下600～850℃下將純Zn和純Mg粉末混合共蒸發(fā)，蒸汽在襯底上結晶氧化制成。本發(fā)明成本低，所用設備簡易，操作方便，產率較高。
文檔編號C23C14/24GK1740360SQ200510060700
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月9日 優(yōu)先權日2005年9月9日
發(fā)明者朱麗萍, 支明佳, 葉志鎮(zhèn), 趙炳輝 申請人:浙江大學