[发明专利]一种在硅片上复合In2O3触须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触须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。结果表明，具有尖端的那些纳米结构更容易发射出电子，然而至目前为止已经公开的现有技术中，所有的纳米结构由于其光滑的表面往往都只能从顶端发射电子，限制了场发射性能的进一步提高。因此，有必要制作一种不但具有尖端，而且在表面上也有很多发射点的结构来作为新一代的场发射阴极材料。

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触须状纳米结构的半导体材料，该材料的In₂O₃纳米结构不但具有纳米级的尖端，而且在主干上还分布着大量的纳米结构可作为发射点，从而克服现有技术中许多纳米结构在场发射应用中的不足。

本发明的第二个目的在于提供在硅片上复合In₂O₃触须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触须状纳米结构的半导体材料，特点是：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晶体为多面体纳米结构连接形成的触须状纳米结构，其长度为48～68μm，多面体的大小由触须状结构顶端到底端逐渐变大。

上述半导体材料的制备方法，包括如下步骤：

a、将In₂O₃粉和C粉以1∶3的摩尔比例混合作为源放到石英舟里，将清洗后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120～360min；

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In₂O₃粉的纯度为分析纯；所述C粉的纯度为光谱纯；步骤c中所述通入的惰性气体Ar的流量为0.2～0.8L/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。

本发明通过改变对热蒸发过程中一些参量，如气体流量，反应温度，硅片与源之间距离的控制，合成了In₂O₃触须状纳米结构。相对于以前合成的纳米结构，本发明的突出特点是：(1)所放硅片衬底位置不同。许多合成方法都把硅衬底放在气流的下流，与源在同一水平位置，而本发明则把硅片直接放在与源的垂直方向上的某一位置；(2)压力只需要是常压，降低了对设备的要求；(3)对载气的要求不高，只需要Ar就可以，不需要加O₂等另外的气体；(4)方法简单，成本低，重复性好。且本发明采用硅片作为衬底，将In₂O₃触须状纳米结构生长在硅衬底上，所述的触须状纳米结构，表面上有大量可作为发射点的棱角，可作为良好的场发射阴极材料，其特有的纳米级尖端，可用于制作各种精密仪器的探针，并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。

附图说明