[发明专利]一种具有铟元素掺杂物的纳米氧化锌

说明书

本发明公开了一种具有铟元素掺杂物的纳米氧化锌，包含大于99重量%的锌部分、第一铟元素掺杂物部分和第二钴元素、铜元素掺杂物部分；所述第一铟掺杂物部分和所述第二钴元素、铜元素掺杂物部分以1:1.5重量比存在；所述第一铟元素掺杂物部分和第二钴元素、铜元素掺杂物部分采用射频反应溅射方法掺杂至氧化锌中；将溅射方法制备的氧化锌活化处理成掺杂铟元素的纳米氧化锌。本发明的具有铟元素掺杂物的纳米氧化锌用X射线衍射仪分析纳米氧化锌的晶相显示铟元素掺杂物的纳米氧化锌衍射峰的强度为未掺杂的3.5倍，同时有效的提高纳米氧化锌的结晶质量。

技术领域

本发明涉及一种具有铟元素掺杂物的纳米氧化锌。

背景技术

纳米氧化锌(nano-ZnO)作为一种直接带隙宽禁带半导体氧化物，具有较宽的带隙(3 .4eV)和较大的激子缚束能(60MeV)，从而产生了一系列优异的光学、电学以及磁学等性能，再加上较好的可塑性和生物相容性，因而在光学器件和吸波材料的制造、污水处理以及生物医学等领域有着潜在的应用价值。

本发明旨在通过射频方法制备铟元素掺杂的性能优异的蓝光氧化锌纳米材料。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种具有铟元素掺杂物的纳米氧化锌。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种具有铟元素掺杂物的纳米氧化锌，包含大于99重量%的锌部分、第一铟元素掺杂物部分和第二钴元素、铜元素掺杂物部分；

所述第一铟掺杂物部分和所述第二钴元素、铜元素掺杂物部分以1:1.5重量比存在；

所述第一铟元素掺杂物部分和第二钴元素、铜元素掺杂物部分采用射频反应溅射方法掺杂至氧化锌中，溅射条件为：溅射前预真空为5-6*Pa,衬底为硅单晶，溅射靶直径为10mm、纯度大于99.99%的金属锌靶，溅射反应气体为氩气和氧气的混合气体；衬底与金属锌靶的间距为50mm，衬底温度为100-300℃；溅射功率为60-200W；溅射气压为1-3.8 Pa,溅射时间为1-2h；

将溅射方法制备的氧化锌与水混合配制成质量浓度为5 .8%的纳米氧化锌水悬浮液，超声分散4 ~ 6分钟，然后加入纳米氧化锌质量1 .8%的硫酸铝钾，添加到高速搅拌机中在3200r/min转速下搅拌 1小时，同时2 ~ 3分钟内滴加氢氧化钠溶液，然后转入衬有聚四氟乙烯的反应釜，置于均相反应器中于100 ~ 120℃ 进行反应，反应6 ~ 8h；反应结束后冷却至室温，离心分离、洗涤、烘干，最后得到掺杂铟元素的纳米氧化锌。

进一步的，所述金属锌靶设置有三组，三组金属锌靶上分别均匀放置铟片、铜片以钴片；三组金属锌靶均匀围绕硅单晶衬底设置；所述铟片所占其金属锌靶的3%；所述铜片占其金属锌靶的1.1-2.5%；所述钴片占其金属锌靶的1%。

再进一步的，硅单晶衬底表面通过等离子体对其清洗与钝化处理。

更进一步的，所述射频反应的溅射方法制备铟元素掺杂物的纳米氧化锌的退火过程中添加碳化硅控制掺杂物的浓度。

本发明的有益效果是：本发明的具有铟元素掺杂物的纳米氧化锌用X射线衍射仪分析纳米氧化锌的晶相显示铟元素掺杂物的纳米氧化锌衍射峰的强度为未掺杂的3.5倍，同时有效的提高纳米氧化锌的结晶质量，具体优异效果如下：

（1）通过等离子体对硅单晶衬底清洗与钝化处理，解决衬底表面的氧化层和界面电荷平衡，

（2）通过提高溅射反应气体氧气的浓度减少对生产氧化锌六角纤锌结构中氧空位的缺陷浓度；

（3）利用铟元素和钴元素对铜离子1+的补偿，减少铜离子1+替位和铜离子2+间隙的影响；

（4）制备的掺杂纳米氧化锌，掺杂元素与锌元素置换而增加了掺杂元素和锌元素的填隙缺陷的浓度，在光致发光谱中可观察较强的蓝紫双峰。