[发明专利]一种n型半导体表面修饰p型氧化镍异质结光电材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种n型半导体表面修饰p型氧化镍（NiO）异质结光电材料的制备方法，所属的方法包括：选择合适Ni前驱源和O前驱源，通过调控生长温度和沉积工艺，在n型半导体材料表面修饰薄层p型NiO，从完成异质结半导体光电材料的制备。所涉及的表面修饰技术在不改变n型半导体材料的微观结构的前提下，能够极大提高载流子的分离效率，从而提高材料的光电流密度和光光电化学性能及稳定性。

技术领域

本发明属于半导体光电材料领域，涉及一种n型半导体表面修饰p-NiO构建异质结光电材料的制备方法及应用，本发明采用原子层沉积技术，通过调控简述前驱源，在不同的n型半导体材料表面沉积薄层p-N材料，从而获光电性能优异的半导体异质结光电材料。

背景技术

在光电化学及催化领域，诸多n型半导体材料如ZnO、TiO₂、In₂S₃等因高、绿色无毒、微结构丰富、光电性能可控，受到了广泛关注，是光电化学及催化领域中的热点课题。。

但在以往的研究中，人们对氧化物半导体光电材料性能调控改进以掺杂、复合为主，主要技术手段段包括：1）通过掺杂不同价态的元素，调控其载流子浓度从而调控其光电特性，但光生载流子的低分离效率极大影响了上述材料在光电、气敏等领域应用。2）通过构建异质结提高光电极材料的分离效率，其中Z-scheme方案对提高材料的光电化学性能研究具有里程碑的意义。但在构建异质结的材料选择中，仍然面临较多问题，包括：现有的表面修饰以量子点材料为主，主要包括CdS、PbS等硫化物量子点及贵金属颗粒：“Cellularheterojunctions fabricated through the sulfurization of MOFs onto ZnO forhigh-efficient photoelectrochemical water oxidation”中，提出了通过不同负载不同的MOF硫化物材料完成异质结构建，（Applied Catalysis B: Environmental,2018, 226(15), 421-428), “Au@CdS core-shell nanoparticles-modified ZnO nanowiresphotoanode for efficient Photoelectrochemical water Splitting”（Adv. Sci.2015, 2, 1500135）中提出通过负载含有贵金属的硫化镉颗粒完成异质结构建。给大批量制备及可重复生产带来了极大困难。

基于此，本发明提供一种利用原子层沉积技术在n型半导体表面修饰薄层NiO的方法，通过合适的前驱源选择及生长温度和工艺控制，在n型半导体上修饰薄层p型NiO层完成异质结半导体光电材料的制备。本发明制备工艺简单，成本可控，且通用性强，可重复性高，适用于规模化加工。结果证实，通过构建p-n异质结，能够显著提升n型半导体材料的光电化学性能及稳定性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种n型半导体表面修饰p型NiO异质结光电材料的制备方法。

本发明目的通过下述方案实现：一种n型半导体表面修饰p型NiO异质结光电材料的制备方法，其特征在于选择合适的Ni前驱源和O前驱源，将n型半导体材料放入原子层沉积系统腔体内，加热至一定温度范围，在低真空环境下，以高纯氮为载流气体，通过重复镍前驱源和氧前驱源沉积组合实现一定厚度p型NiO的制备，包括如下步骤：

1）将n型半导体放入原子城沉积系统腔体内，将腔体升温至特定温度范围；

2）在低真空环境下，以高纯氮为载流气体，通过重复Ni前驱源和O前驱源沉积组合实现p型NiO沉积；

3）Ni前驱源和O前驱源的沉积组合为2次镍前驱源和1次氧前驱源（沉积组合方式为镍前驱源脉冲/高纯氮冲洗/镍前驱源脉冲/高纯氮清洗/氧前驱源脉冲/高纯氮清洗）；或1次镍前驱源和2次氧前驱源（沉积组合方式为镍前驱源脉冲/高纯氮冲洗/氧前驱源脉冲/高纯氮清洗/氧前驱源脉冲/高纯氮清洗）；