一種制備高品質(zhì)氮化鎵納米粉體的方法
【專利摘要】采用金屬Ga與可溶性鹽磷酸鈉按質(zhì)量比1∶2-10的比例在一定溫度下進(jìn)行充分混合、研磨，然后在750℃-1050℃溫度內(nèi)以氨氣氮化混合物2-4小時(shí)，再以蒸餾水反復(fù)沖洗氮化后的混合物洗掉磷酸鈉最后得到純的高品質(zhì)氮化鎵納米粉末，且粒子直徑在10～30nm。特別是在850℃以上氮化得到的產(chǎn)物為結(jié)晶度很高的六方相結(jié)構(gòu)氮化鎵粉體。該方法具有簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可規(guī)?；苽涓咂焚|(zhì)氮化鎵粉體的積極效果。
【專利說(shuō)明】 一種制備高品質(zhì)氮化鎵納米粉體的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備高品質(zhì)氮化鎵納米粉體的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵(GaN)是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，在光電子和微電子器件等方面具有廣泛的用途。目前其研究與應(yīng)用已成為全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點(diǎn)。科研工作者對(duì)GaN粉體的制備進(jìn)行了大量深入的研究。目前人們一般采用固相法、液相法和氣相法三種方法來(lái)獲得大量的GaN粉體。一些通用的鎵基前驅(qū)物基本為氧化鎵、氯化鎵或含鎵的有機(jī)化合物，這些鎵基物質(zhì)大多較為昂貴、對(duì)空氣敏感甚至為劇毒，這些不利因素會(huì)導(dǎo)致合成GaN的成本增高，且在制備過(guò)程中對(duì)合成設(shè)備提出較高要求；不僅于此，這些方法合成出的GaN粉體還會(huì)因?yàn)榍膀?qū)物中存在的雜質(zhì)元素而不可避免地受到污染，這也會(huì)導(dǎo)致合成產(chǎn)物不純。(J.Mater.Chem.2005,15, 2175 ；Adv.Mater.2004,16,425 ；Nano Lett.2007, 7, 3512 ；J.Am.Chem.Soc.2005,127，15722 ；J.Phys.Chem.B2001,1050,11922 ；Chem.Mater.1999,11,2299 ；Chem.Mater.2001，13，12 ；Chem.Mater.2009，21,4080.)所以，大量的 GaN 粉末如果是以氨氣或者氮?dú)庠谳^高溫度下直接氮化金屬Ga得到，這將是最簡(jiǎn)便最經(jīng)濟(jì)的路徑。然而金屬Ga在溫度高于30°C時(shí)往往由于自身很大的表面張力而以大液滴形式存在，這樣盡管在高于1000°C的高溫下氮化，N原子還是很難進(jìn)入。因此，到目前為止還鮮有關(guān)于通過(guò)直接氮化金屬Ga來(lái)大量制備GaN納米粉體的報(bào)道。
[0003]在我們以前報(bào)道的報(bào)道中，以可溶性鹽硫酸鈉為分散劑，通過(guò)研磨后，使得金屬Ga能夠較為均勻地分布在可溶性鹽的表面，然后在管式爐中充分氮化金屬Ga和Na2S04的混合物后，金屬Ga全部轉(zhuǎn)化成GaN，再經(jīng)過(guò)蒸餾水沖洗，即可制得純的直徑為6_7nm的GaN納米晶。(CN101845671B)但由于使用的可溶性鹽Na2S04的熔、沸點(diǎn)較低(熔點(diǎn)低于850°C，同時(shí)發(fā)生分解)，這就限制了氮化溫度不能高于800°C以上，所以最后得到的GaN產(chǎn)物的結(jié)晶度品質(zhì)不高，也就限制了產(chǎn)物的應(yīng)用范圍。本發(fā)明采用具有很高熔點(diǎn)的可溶性鹽為分散劑，即采用無(wú)水磷酸鈉(熔點(diǎn)為1340°C )粉體為分散劑，在高溫條件下(800°C以上)氮化金屬鎵與磷酸鈉的混合物若干時(shí)間后，即可得到大量的GaN納米粉體。由于該實(shí)驗(yàn)操作只需要很簡(jiǎn)單的研磨裝置，在熱化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中氮化，所以可以很簡(jiǎn)便的按照需要大規(guī)模生產(chǎn)聞品質(zhì)GaN納米粉體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的提供一種高熔點(diǎn)的可溶性鹽輔助合成高品質(zhì)GaN納米粉體。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)解決的:采用金屬Ga與可溶性鹽磷酸鈉按質(zhì)量比1: 2-10的比例在一定溫度下進(jìn)行充分混合、研磨，然后在750°C-1050°C溫度內(nèi)在管式爐中以氨氣氮化混合物2-4小時(shí)，再以蒸餾水反復(fù)沖洗氮化后的混合物洗掉磷酸鈉最后得到純的聞品質(zhì)氣化嫁納米粉末。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1為本發(fā)明制備聞品質(zhì)GaN納米粉體的不意圖。
[0007]圖2X射線衍射和拉曼光譜實(shí)驗(yàn)圖以及紅外光譜圖，表明該產(chǎn)物為六方相的GaN，且氮化溫度越高，得到的產(chǎn)物結(jié)晶度也越高；根據(jù)Scherrer公式可知納米粉體的平均粒子大小在10?30nm。
[0008]圖3:透射電鏡(TEM)和高分辨電鏡(HRTEM)圖，表明GaN粉末是由納米級(jí)粒子構(gòu)成，且氮化溫度越高，得到的產(chǎn)物結(jié)晶度也越高；在950°C溫度下氮化得到的產(chǎn)物的納米晶大小在?30nm，粒子的晶格條紋清晰可見(jiàn)，說(shuō)明產(chǎn)物的結(jié)晶度很高。

【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例1
[0010]在29°C下充分研磨1克金屬Ga和3克磷酸鈉，然后在750°C下以氨氣在管式爐中氮化金屬Ga和磷酸鈉的混合物三小時(shí)，隨后以蒸餾水反復(fù)沖洗氮化混合物洗掉磷酸鈉，最后得到純的GaN粉末。產(chǎn)物命名為GaN750，產(chǎn)物的表征如圖2和圖3所示。
[0011]實(shí)施例2
[0012]在29°C下按1: 3比例分別充分研磨金屬Ga和磷酸鈉混合物，然后在850°C溫度下在管式爐中以氨氣氮化混合均勻的金屬Ga和磷酸鈉混合物，再以蒸餾水反復(fù)沖洗氮化后的混合物洗掉磷酸鈉，最后得到純的GaN粉末。產(chǎn)物命名為GaN850，產(chǎn)物的表征如圖2和圖3所示。
[0013]實(shí)施例3
[0014]在29°C下按1: 3比例分別充分研磨金屬Ga和磷酸鈉混合物，然后在950°C溫度下在管式爐中以氨氣氮化混合均勻的金屬Ga和磷酸鈉混合物，再以蒸餾水反復(fù)沖洗氮化后的混合物洗掉磷酸鈉，最后得到純的GaN粉末。產(chǎn)物命名為GaN950，產(chǎn)物的表征如圖2和圖3所示。
【權(quán)利要求】
1.一種制備高品質(zhì)氮化鎵納米粉體的方法，其特征是以金屬鎵為鎵源，以可溶性鹽磷酸鈉(Na3PO4)為分散劑，按照一定的質(zhì)量比1: 2?10混合，經(jīng)過(guò)研磨后，金屬Ga能夠以納米尺寸大小較均勻地分散在分散劑表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高品質(zhì)氮化鎵納米粉體的方法，其特征是在氨氣中于850?1000°C氮化金屬Ga和Na3PO4的混合物三小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高品質(zhì)氮化鎵納米粉體的方法，其特征是:以蒸餾水反復(fù)多次沖洗氮化后的產(chǎn)物，洗掉可溶性鹽Na3PO4，最后得到純的高品質(zhì)GaN粉末。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK104276547SQ201310296840
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月9日
【發(fā)明者】余樂(lè)書(shū), 呂英英, 劉綏陽(yáng) 申請(qǐng)人:上饒師范學(xué)院