[发明专利]一种ZnSe‑GaP固溶体纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米光电探测、纳米太阳能电池、纳米激光器、纳米LED和半导体纳米材料与纳米技术领域，具体涉及一种ZnSe-GaP固溶体纳米材料及其制备方法，所制备的ZnSe-GaP固溶体纳米材料可用于纳米光电探测器、纳米太阳能电池、纳米激光器、纳米LED或其他纳米光电子器件。

背景技术

相比于块体材料，纳米材料具有平均粒径小、表面原子多、比表面积巨大、表面能高等特点，因此具有许多块体材料不具备优异性能，尤其是在光学、电学、热学、磁学、力学和生命科学等领域具有十分重要的作用和应用前景，现已引起世界各国研究机构和科研人员的密切关注，甚至有学者预测纳米技术将成为21世纪的主导技术。其中一维纳米材料具有独特的形貌特征和物理化学性质，在构筑纳米电子学器件、纳米光电子学器件及环境催化净化方面有巨大的应用前景，受到广泛的关注和研究。

ZnSe-GaP固溶体材料具有ZnSe和GaP两种半导体材料的物理化学性能及光电性能，其结构、形貌及光电性能可以随着其中一种物质含量的改变而有效调控，是一种应用前景较好的无机半导体材料，在可调控纳米激光器、纳米太阳能电池、纳米光电探测器以及纳米LED等领域具有很好的运用前景。

与其他半导体纳米材料和固溶体薄膜材料相比，纳米尺度的多组元固溶体纳米线的制备十分困难。目前虽有少量关于ZnSe-GaP固溶体的报道，但是多以薄膜块体材料形式存在。一维ZnSe-GaP固溶体纳米线至今还未有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZnSe-GaP固溶体纳米材料及其制备方法，本发明可在石墨或石英玻璃上制备ZnSe-GaP固溶体纳米材料，并且固溶体结晶性良好，制备方法工艺简单，操作容易。

为实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种ZnSe-GaP固溶体纳米材料，该材料为ZnSe-GaP固溶体纳米线，平均直径为50-500纳米，纳米线长度5微米-5毫米。所述纳米材料中，ZnSe的摩尔百分含量为5-85％。所述纳米材料为单晶结构。

上述ZnSe-GaP固溶体纳米材料按以下步骤制备：

(1)称取所需量的硒化锌粉末和磷化镓粉末，分别置于两个不同的瓷舟(刚玉瓷舟)中，硒化锌粉末和磷化镓粉末可为任意比例混合，二者混合比例不影响所得ZnSe-GaP固溶体纳米材料中ZnSe和GaP的比例；

(2)称取锌粉和硒粉，置于步骤(1)中装有硒化锌粉末的瓷舟中，所述硒粉与硒化锌粉末的摩尔比例为(1-5)：10，锌粉与硒化锌粉末的摩尔比例为(1-5)：10；硒粉与锌粉的摩尔比例优选为1:1；其中：磷化镓提供磷源和镓源，而硒化锌提供硒源和锌源，锌粉和硒粉用来分别补充锌和硒。

(3)将装有药品的两个瓷舟分别放在两个小石英管中，然后将两个小石英管平行放进一个大石英管中(三个管口同向)，再将大石英管置于三温区管式炉中，调整瓷舟位置使其放置在三温区管式炉中的中温区，在中温区瓷舟的下游和下温区分别放置衬底。

(4)在大石英管中通入氩气清洗石英管，气流速率为50-250sccm，通入时间为10-60min，以排除石英管中残留的氧气。

(5)将通入氩气的气流速率下调至50-150sccm，在该条件下(指气流速率为50-150sccm)的氩气气氛下将三温区管式炉上温区、中温区和下温区分别同时加热到1000-1200℃、1000-1200℃和600-900℃，然后保温30-90min，即获得所述ZnSe-GaP固溶体纳米线材料。该步骤中持续通入氩气的目的是用于保护石英管反应腔没有其它气体进入，以及用于输运ZnSe和GaP前驱体。

步骤(3)中，所述小石英管的直径优选为Φ18mm，所述大石英管的直径优选为Φ45mm。

步骤(3)中，装有磷化镓粉末的瓷舟置于管式炉中温区的加热中心，装有硒化锌粉末、硒粉和锌粉的瓷舟置于磷化镓粉末的上游，距离磷化镓5-15cm。

步骤(3)中，所述衬底采用(111)硅片或石墨材料，其中硅片表面喷有Au层，Au层厚度2-20nm。

本发明具有如下的优点以及技术效果：

1、本发明可得到ZnSe-GaP固溶体纳米材料，尺寸均匀，结晶良好，生长产额高。

2、本发明用到的设备低廉，工艺简单，工艺参数易于调控。

3、本发明所用的衬底材料是石墨或(111)硅片，易于获得，成本低，无毒害且化学性质稳定。