[发明专利]一种菱角型高镁含量Zn1-xMgxO纳米结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米功能材料制备技术领域，具体涉及高镁含量Zn_1-xMg_xO纳米结构及其制备方法。 

背景技术

作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，ZnO室温下禁带宽度为3.37eV，在紫外区具有优异的光电特性，且与GaN、SiC等其它宽禁带材料相比，原料易得、成膜性强、稳定性好。掺入Mg组分后，形成Zn_1-xMg_xO三元合金半导体，理论上可实现禁带宽度在3.3～7.8eV之间连续可调，对应禁带宽度变化的波长范围为368～159nm，其吸收边在紫外光区随Mg含量的增加而向短波长方向蓝移，理论上当Zn_1-xMg_xO三元合金中Mg含量超过65％时，可实现Zn_1-xMg_xO的吸收边完全蓝移至日盲区(200～280nm)紫外辐射波段，进而实现日盲区紫外光的探测，具有巨大的军事和经济价值。 

Zn_1-xMg_xO合金是ZnMgO基紫外探测器的核心部位，因此要实现其在日盲区紫外光的探测，得到稳定的高镁含量的Zn_1-xMg_xO三元合金结构是关键。但ZnO是六方纤锌矿结构，而MgO是立方岩盐矿结构，两者由于晶格结构差异较大，导致Mg含量超过33％时Zn_1-xMg_xO合金极易发生相分离，形成ZnO和MgO的混合相合金，从而难以实现禁带宽度3.37～7.8ev的连续可调。 

公开号为101359705A的专利为了避免ZnMgO合金体系易分相的问题，在ZnMgO合金体系中添加了Be，利用BeO与ZnO同为六方纤锌矿结构的特点，增加了Mg在合金中的固溶度，制得了一种Zn_1-x-yBe_xMg_yO四元合金薄膜，实现了禁带宽度在3.7～4.9eV之间的连续调节。但是该专利中添加的Be，由于Be²⁺的离子半径和Zn²⁺的离子半径差异较大，导致所获得的Zn_1-x-yBe_xMg_yO合金薄膜易出现晶格失配及由晶格失配导致的晶格缺陷，从而结晶较差，最终影响其光电性能；另外ZnMgO基日盲区紫外探测器可分为薄膜型和一维结构型(如纳米线、纳米棒等纳米结构)，而该专利所公开的为薄膜型的Zn_1-x-yBe_xMg_yO合金。 

与薄膜材料相比，纳米结构材料具有高的比表面积，可以有效实现光生载流子的分离，具有更高的光电流增益，在紫外探测方面具有更大的优势。纳米材料生长通常有两种方法：(1)热蒸发方法，利用水平管式炉，制得的纳米材料晶体质量较高，形态丰富；(2)溶液方法，如水热法，得到的纳米材料晶体质量偏低，形态较为单一。其中热蒸发方法通常为管式炉，一般为单温室管式炉：蒸发源放在炉子中间，温度最高，用于源材料的蒸发；衬底置于气流的下方向，温度较低，用于纳米材料的生长。采用单温室管式炉的热蒸发法有个弊端，即当炉子加热温度(炉子中间的温度)一定时，炉子内部的温度梯度是确定的，衬底所需要的温度与衬底离源的距离有关。若使用双温区管式炉，则源与衬底的距离、源的温度、衬底的温度可独立调控，生长参数自由度高，因而易于形成新形态的纳米材料。 

公开号为CN 103227230A的专利公开一种ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器及制备方法，提供了一种ZnMgO纳米线侧向的生长方法，但该专利没有公开制得的ZnMgO合金纳米线的具体纳米结构和ZnMgO三元合金中Mg的含量。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，为开发ZnMgO基日盲区紫外探测器提供一种高镁含量的“菱角”型Zn_1-xMg_xO纳米结构材料及其制备方法。 

本发明的“菱角”型高镁含量Zn_1-xMg_xO纳米结构，其特征在于：所述Zn_1-xMg_xO纳米结构，其形貌为每个纳米结构包含四个或者两个逐渐变细的分支，从而形成“菱角”型纳米结构；且所述Zn_1-xMg_xO纳米结构中，x为77％～97％。