[发明专利]一种在硅片上复合In2O3棒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，具体地说是一种在硅片上复合In₂O₃棒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、八面体及纳米箭等，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。

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棒状纳米结构的半导体材料，该材料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制备，其特殊的光滑棒状纳米结构，粗细均匀，可用于制备纳米级晶体管或电阻，解决现有纳米结构作为电阻时阻值不均匀的问题。

本发明的第二个目的在于提供在硅片上复合In₂O₃棒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。

本发明的目的是这样实现的：

一种在硅片上复合In₂O₃棒状纳米结构的半导体材料，该材料包括硅片衬底及生长在该衬底表面的In₂O₃晶体；所述In₂O₃晶体为均匀的棒状纳米结构，其长度为60～100μm，直径为0.6～1.6μm，表面光滑。

一种上述半导体材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

a、将In颗粒作为源放到石英舟里，将清洗后并镀有金膜的硅片盖在石英舟上，硅片与源的垂直距离为4～10mm；

b、将石英舟置于预先加热至700～1000℃、水平放置的管式生长炉的中部；

c、管式生长炉中通入惰性气体Ar作为载气，在大气压强下反应120～240min；

d、取出石英舟和硅片，得到在硅片上复合In₂O₃棒状纳米结构的半导体材料；

其中：步骤a中所述In颗粒的纯度为99.999％；步骤c中所述通入的惰性气体Ar的流量为0.2～0.6L/min。

所述水平放置的管式生长炉由两根管组成，其中一根管长为70～100cm，直径为6～10cm；另一根管长为50～80cm，直径为3～5cm；反应时，小口径管插入大口径管中，载气是直接通入到小口径管中。

制备在硅片上复合In₂O₃棒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，镀上金膜，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，把一小片干净的镀了金膜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；

e、通入流量为0.2～0.6L/min的惰性气体Ar作为载气，在大气压强下反应120～240min；

f、取出石英舟和硅片，在硅片上面长有一层淡黄色的物质。