[发明专利]在硅片上复合In2O3箭状纳米结构的半导体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子材料、半导体材料与器件技术领域，具体地说，本发明涉及在硅片上复合In₂O₃箭状纳米结构的半导体材料及其制备方法。

背景技术

In₂O₃是一种宽带隙透明半导体材料，其直接带隙在3.55～3.75eV范围内，具有良好的导电性和较高的透光率。由于其独特的电学、化学和光学性质，In₂O₃在化学、生物传感、太阳能电池、光催化、执行器、光电子和平板显示等领域具有广泛的应用空间。

近来，人们利用各种方法(溶液法，分子束外延，脉冲激光沉积，金属有机物化学气相沉积等)制备出了各种不同的In₂O₃纳米结构，例如纳米线，纳米带，纳米方块，八面体，纳米箭等，并对这些纳米结构的光电特性进行了研究。但是能应用于大规模生产的方法很少，且反应条件苛刻，生产成本高昂。本发明所提供的In₂O₃箭状纳米结构及其制备方法，克服现有技术的缺陷，实现了在硅片上制备大规模的In₂O₃纳米结构，且方法简单，对设备及制备条件要求不高，适合大规模生产。In₂O₃箭状纳米结构具有纳米级的尖端，底部是棒状结构，其独特的构造，使得它可用于高效的场发射材料，且可用于制作各种精密仪器的探头；也可结合目前成熟的半导体硅集成电路工艺，适合于集成纳米光电子器件的发展。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种在硅片上复合In₂O₃箭状纳米结构的半导体材料，包括硅片衬底，和生长在所述衬底表面的In₂O₃晶体。其中，所述In₂O₃晶体为箭状纳米结构。

本发明提供的在硅片上复合In₂O₃箭状纳米结构的半导体材料，这种纳米结构具有很明显的周期性，所述的In₂O₃晶体长度为5～15μm，顶端为多面体结构，底部为棒状结构，棒状结构具有四个面，并从顶端到底端逐渐变细，10～30个箭状纳米结构底部聚在一起形成一个花束状结构。本发明提供的所述In₂O₃箭状纳米结构，在国际上尚属首次报道。

本发明的第二个目的在于提供在硅片上复合In₂O₃箭状纳米结构的半导体材料的制备方法，以解决现有In₂O₃纳米材料制备方法条件苛刻，成本高的问题，提供一种低成本，高重复性，适用于大规模工业生产的新方法。

制备在硅片上复合In₂O₃箭状纳米结构的半导体材料的方法，包括如下步骤：

a、将In颗粒作为源放到石英舟里，把清洗后的硅片盖在石英舟的上面，硅片与源的垂直距离为4～10mm；

b、把石英舟放到预先加热至700～1000℃的水平放置的管式生长炉的中部；

c、通入惰性气体Ar作为载气，在大气压强下反应，得到产物。

其中，所述步骤a中所述In颗粒的纯度为99.999％。

其中，所述步骤c中所述通入的惰性气体Ar的流量为0.2～0.6L/min；所述在大气压强下的反应时间为120～360min。

其中，所述水平放置的管式生长炉是由两根半径不同的管组成的，大的氧化铝管长度为70～100cm，直径为6～10cm；小的石英管长度为50～80cm，直径为3～5cm。反应时，把小口径的管子插入大口径管子中，反应在小管中进行，并且载气是直接通入到小口径管子中。

制备在硅片上复合In₂O₃箭状纳米结构的半导体材料的方法，具体步骤包括如下：

a、把硅片清洗干净，然后切成几小片；

b、将水平放置的管式生长炉以5℃/min的速率加热到700～1000℃；

c、将纯度99.999％的In颗粒作为源放到一个石英舟里，把一小片干净的硅片盖在石英舟的上面，作为衬底来收集反应生成物，硅片与源的垂直距离为4～10mm；

d、把石英舟放到预先加热好的水平管式炉的中部；