專利名稱：一種CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機(jī)納米材料的制備方法，具體是指一種硫化鎘/鉻摻雜結(jié)構(gòu)材料的制備方法。技術(shù)背景
納米CdS作為典型的II-VI族半導(dǎo)體納米材料，禁帶寬度可達(dá)到2. 42eV，顯示出許多獨(dú)特的光電性能，在發(fā)光二極管、電致發(fā)光、傳感器、紅外窗口材料、光催化等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前制備CdS納米材料的方法主要有模板法，物理氣相沉積法，化學(xué)液相法，固相法等。物理氣相沉積法-又稱為蒸發(fā)冷凝法，是用真空蒸發(fā)、激光、電弧高頻感應(yīng)、 電子束照射等方法使原料氣化或形成等離子體，然后在介質(zhì)中驟冷使之凝結(jié)。物理氣相法具有裝置簡(jiǎn)單，所用原料成本低，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)越性。
另外，物理氣相沉積法還可以蒸發(fā)低熔點(diǎn)或高熔點(diǎn)的材料，甚至蒸發(fā)合金材料，在蒸發(fā)鍍膜等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用?？偹苤?，對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行有選擇性元素給體的摻雜，能有效地改變半導(dǎo)體材料的電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)特性，從而能進(jìn)一步發(fā)揮其特殊的應(yīng)用價(jià)值。微電子平面工藝的巨大發(fā)展和超大規(guī)模集成電路的實(shí)現(xiàn)都得益于摻雜和界面的準(zhǔn)確控制。隨著集成度的提高和對(duì)深亞微米、納米工藝的要求，低維/納米器件界面和摻雜的問題待解決，這是在未來光電子、納電子等量子器件實(shí)際應(yīng)用必須要解決的問題。
近年來，在納米摻雜結(jié)構(gòu)方面的研究也趨于成熟。但是，利用物理氣相沉積法制備 CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)納米棒狀發(fā)光材料還沒有報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種方便、有效的制備方法。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的
—種CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟
(1)以CdS粉末和Cr粉為原料，混合碾磨15分鐘以上，使之混合均勻；將混合物置入石英舟中，取鍍金的Si片5片，每一 Si片相距1cm，沿著氣流方向放置于石英舟的下方， 將放置反應(yīng)物的石英舟放在氣流方向的上方；本發(fā)明中的上方、下方是相對(duì)而言的，是沿著氣流方向上的前、后面關(guān)系，就是氣流先經(jīng)上方，再經(jīng)下方；所以本發(fā)明中氣流是先經(jīng)過石英舟，再經(jīng)過鍍金的Si片的；
整個(gè)反應(yīng)裝置密封，其中CdS粉末與Cr粉的摩爾比為1 1 ；
(2)將反應(yīng)裝置先抽真空，然后通入氬氣至一個(gè)大氣壓；
循環(huán)操作抽真空至-0. OSMPa以下、通入氬氣2次以上；最終目標(biāo)是為了把反應(yīng)裝置的可能會(huì)參與反應(yīng)的氣體排出；
(3)將反應(yīng)裝置加熱至890 910°C，并保持反應(yīng)時(shí)間30 40分鐘；
(4)然后再將反應(yīng)裝置自然冷卻至室溫，在Si片上所得的沉積產(chǎn)物為CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料。
作為優(yōu)選，上述制備方法的步驟(1)中CdS粉末和Cr粉的混合原料在瑪瑙研缽中碾磨，由于瑪瑙研缽本身的特有穩(wěn)定的特性，可以確保CdS粉末和Cr粉在碾磨時(shí)不會(huì)影響其純度等，從而可以更好確保接下來反應(yīng)的進(jìn)行，以及產(chǎn)物的純度等；
作為優(yōu)選，上述制備方法的步驟(1)中石英舟放置區(qū)域?yàn)榉磻?yīng)裝置的加熱區(qū)；Si 片放置區(qū)域?yàn)槌练e區(qū)，加熱區(qū)和沉積區(qū)在反應(yīng)裝置中并不嚴(yán)格區(qū)分，但兩者在放置位置時(shí)是處于不同的區(qū)域，為了更好實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而設(shè)置。
作為優(yōu)選，上述制備方法的步驟O)中氬氣流量為350sCCm(體積流量單位、意義為標(biāo)況毫升每分鐘)。
作為優(yōu)選，上述制備方法的步驟(3)中反應(yīng)溫度為900°C。
本發(fā)明是采用物理氣相沉積法，稱取一定量的CdS粉末和Cr粉，混合于瑪瑙研缽中，碾磨15分鐘，使之混合均勻。將已碾磨好的混合物置入石英舟中，取已鍍金的Si片5 片，每一 Si片相距1cm，沿著氣體方向放置于石英舟的另一側(cè)，將反應(yīng)物石英舟置入加熱區(qū)，Si片置入沉積區(qū)(如圖1)。將反應(yīng)裝置爐抽真空，通入氬氣(循環(huán)操作2次)，調(diào)節(jié)氣體流量為350sCCm，使之穩(wěn)定，再調(diào)節(jié)加熱爐的溫度調(diào)節(jié)儀，設(shè)置反應(yīng)溫度890 910°C及反應(yīng)時(shí)間30 40分鐘。在Si片上所得的沉積產(chǎn)物為CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料。
有益效果本發(fā)明制備過程中，所用試劑均為商業(yè)產(chǎn)品，無需繁瑣制備；工藝可控性強(qiáng)，易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高。


圖1是本發(fā)明方法物理氣相沉積反應(yīng)裝置示意圖2是用本發(fā)明方法900°C制得的CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的掃描電鏡 (SEM)照片；
圖3是用本發(fā)明方法900°C制得的CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的X射線衍射 (XRD)譜圖4是用本發(fā)明方法900°C制得的CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的光電子能譜 (EDS)圖5是用本發(fā)明方法900°C制得的CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的透射電鏡 (TEM)照片；
圖6是用本發(fā)明方法900°C制得的CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的發(fā)光光譜 (PL)圖；具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實(shí)施例1
按摩爾比為1 1稱取一定量的CdS粉末和Cr粉，混合于瑪瑙研缽中，碾磨15 分鐘，使之混合均勻。將已碾磨好的混合物置入石英舟中，取已鍍金的Si片5片，每一 Si 片相距1cm，沿著氣體方向放置于石英舟的另一側(cè)，將反應(yīng)物石英舟置入加熱區(qū)，Si片置入沉積區(qū)(如圖1)。將反應(yīng)裝置先抽真空，然后通入氬氣至一個(gè)大氣壓；循環(huán)操作抽真空至-0. 08MPa以下、通入氬氣2次；調(diào)節(jié)氬氣流量為350sCCm，使之穩(wěn)定，再調(diào)節(jié)加熱爐的溫度調(diào)節(jié)儀，設(shè)置反應(yīng)溫度900°C及反應(yīng)時(shí)間30分鐘。在Si片上獲得沉積產(chǎn)物。
將所得產(chǎn)物直接在掃描電鏡下觀察(如圖2)，可以發(fā)現(xiàn)大量直徑在50到200納米左右的鋸齒狀納米棒結(jié)構(gòu)，而且截面為不規(guī)則的四邊型結(jié)構(gòu)空心球生成。圖3的XRD分析表明CdS/Cr納米棒結(jié)構(gòu)主體為六方晶形的CdS結(jié)構(gòu)，但是由于Cr的摻雜導(dǎo)致晶格變化， 引起了衍射峰位稍微有一些偏移。圖4的EDS譜表明了 CdS結(jié)構(gòu)中含有Cd、S和Cr元素， 進(jìn)一步證明了所的產(chǎn)物為CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)。圖5為所得產(chǎn)物的TEM照片，其晶格條紋間距為0. 34nm,對(duì)應(yīng)于CdS的(100)晶面。圖6為產(chǎn)物的PL圖，其中504nm發(fā)射峰對(duì)應(yīng)于CdS 本身的禁帶發(fā)射，與本征發(fā)射峰510nm相比，有稍微的藍(lán)移現(xiàn)象，這是由Cr元素的摻雜引起的。720nm左右出現(xiàn)明顯的鼓包峰是由于CdS表面缺陷比如S-空位等所引起的長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)射峰，而在467nm處有一較尖銳發(fā)射峰，是由于Cr元素的存在所造成的。
實(shí)施例2
如同實(shí)施例1，稱取一定量的CdS粉末和Cr粉，混合于瑪瑙研缽中，碾磨15分鐘， 使之混合均勻。將已碾磨好的混合物置入石英舟中，取已鍍金的Si片5片，每一 Si片相距 lcm，沿著氣體方向放置于石英舟的另一側(cè)，將反應(yīng)物石英舟置入加熱區(qū)，Si片置入沉積區(qū) (如圖1)。將反應(yīng)裝置先抽真空，然后通入氬氣至一個(gè)大氣壓；循環(huán)操作抽真空至-0. OSMPa 以下、通入氬氣2次；調(diào)節(jié)氬氣流量為350sCCm，使之穩(wěn)定，再調(diào)節(jié)加熱爐的溫度調(diào)節(jié)儀，設(shè)置反應(yīng)溫度900°C及反應(yīng)時(shí)間40分鐘。在Si片上獲得沉積產(chǎn)物。產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、元素組成及發(fā)光性能均與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3
如同實(shí)施例1，稱取一定量的CdS粉末和Cr粉，混合于瑪瑙研缽中，碾磨15分鐘， 使之混合均勻。將已碾磨好的混合物置入石英舟中，取已鍍金的Si片5片，每一 Si片相距 lcm，沿著氣體方向放置于石英舟的另一側(cè)，將反應(yīng)物石英舟置入加熱區(qū)，Si片置入沉積區(qū) (如圖1)。將反應(yīng)裝置先抽真空，然后通入氬氣至一個(gè)大氣壓；循環(huán)操作抽真空至-0. OSMPa 以下、通入氬氣3次；調(diào)節(jié)氬氣流量為350sCCm，使之穩(wěn)定，再調(diào)節(jié)加熱爐的溫度調(diào)節(jié)儀，設(shè)置反應(yīng)溫度910°C及反應(yīng)時(shí)間30分鐘。在Si片上獲得沉積產(chǎn)物。產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、元素組成及發(fā)光性能均與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例4
如同實(shí)施例1，稱取一定量的CdS粉末和Cr粉，混合于瑪瑙研缽中，碾磨15分鐘， 使之混合均勻。將已碾磨好的混合物置入石英舟中，取已鍍金的Si片5片，每一 Si片相距 lcm，沿著氣體方向放置于石英舟的另一側(cè)，將反應(yīng)物石英舟置入加熱區(qū)，Si片置入沉積區(qū) (如圖1)。將反應(yīng)裝置先抽真空，然后通入氬氣至一個(gè)大氣壓；循環(huán)操作抽真空至-0. OSMPa 以下、通入氬氣2次；調(diào)節(jié)氬氣流量為350sCCm，使之穩(wěn)定，再調(diào)節(jié)加熱爐的溫度調(diào)節(jié)儀，設(shè)置反應(yīng)溫度890°C及反應(yīng)時(shí)間40分鐘。在Si片上獲得沉積產(chǎn)物。產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、元素組成及發(fā)光性能均與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟(1)以CdS粉末和Cr粉為原料，混合碾磨15分鐘以上，使之混合均勻；將混合物置入石英舟中，取鍍金的Si片5片，每一 Si片相距1cm，沿著氣流方向放置于石英舟的下方，將放置反應(yīng)物的石英舟放在氣流方向的上方；整個(gè)反應(yīng)裝置密封，其中CdS粉末與Cr粉的摩爾比為1 1;(2)將反應(yīng)裝置先抽真空，然后通入氬氣至一個(gè)大氣壓； 循環(huán)操作抽真空至-0. OSMPa以下、通入氬氣，2次以上；(3)將反應(yīng)裝置加熱至890 910°C，并保持反應(yīng)時(shí)間30 40分鐘；(4)然后再將反應(yīng)裝置自然冷卻至室溫，在Si片上所得的沉積產(chǎn)物為CdS/Cr摻雜結(jié)構(gòu)納米發(fā)光材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中CdS粉末和Cr粉的混合原料在瑪瑙研缽中碾磨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中石英舟放置區(qū)域?yàn)榉磻?yīng)裝置的加熱區(qū)；Si片放置區(qū)域?yàn)槌练e區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟O)中氬氣流量為350sCCm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)中反應(yīng)溫度為900°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無機(jī)納米材料的制備方法，具體是指一種硫化鎘/鉻摻雜結(jié)構(gòu)材料的制備方法。本發(fā)明通過物理氣相沉積法，將CdS粉末和Cr粉混合均勻后置于石英舟，然后把鍍金的Si片，沿著氣流方向放置于石英舟的下方，進(jìn)行抽真空后對(duì)石英舟位置加熱到890～910℃；再經(jīng)冷卻后可得產(chǎn)物。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)工藝可控性強(qiáng)，易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高。本發(fā)明所制備的產(chǎn)品在半導(dǎo)體行業(yè)具有廣泛的用途。
文檔編號(hào)C09K11/56GK102517007SQ20111035047
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者陳春暉 申請(qǐng)人:浙江天旭科技有限公司