專利名稱：一種氣相沉積制備錫摻雜氧化鋅納米線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，主要是提供了 一種將錫 摻雜入氧化鋅納米線的方法。
技術(shù)背景氧化鋅(ZnO)是一種短波光電信息功能材料，具有六方纖維鋅礦 結(jié)構(gòu)，室溫下的禁帶寬度為3.36 eV,激子激活能達60 meV,比同是 寬禁帶材料的ZnSe (20 meV)和GaN (21 meV)都高出許多，這使得 ZnO可以有效地工作于室溫(26 meV)及更高的溫度。此外，Zn0具有 很好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，抗輻射損傷能力也很強。它原料易得、 價廉、耐用性好，屬于環(huán)境友好材料，而且制備方法多種多樣，甚至 可以在低溫條件下沉積在玻璃或塑料襯底上。Zn0半導(dǎo)體在紫外激光 器、紫外發(fā)光二極管、紫外探測器、壓電和表面聲波器件等領(lǐng)域都有 著巨大的應(yīng)用前景。但是要發(fā)展這種光電子器件，需要解決的一個重 要問題是如何制備出摻雜的Zn0半導(dǎo)體。Zn0中典型的摻雜元素有III 族的B、 Al、 In、 Ga和IV族的Sn、 Pb等。其中Sn摻雜可以提供施主 離子，從而獲得高的電子載流子濃度，因而Sn摻雜入ZnO后有望獲得 高的電導(dǎo)率和良好的場發(fā)射性能，另外，Sn的摻雜也可以改變Zn0的 禁帶寬度。隨著納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，Sn摻雜Zn0納米結(jié)構(gòu)也逐漸 受到人們的廣泛關(guān)注。Li等將Zn0、 Sn02和C粉混合球磨24小時后將 粉末熱蒸發(fā)來獲得Sn摻雜ZnO納米線[SeuYi Li， Pang Lin， Chia Ying Lee， Tseung Yuen Tseng, Chorng Jye Huang， 乂",. ,力/a 37 (2004) 2274-2282]。 Bae等采用熱蒸發(fā)的方法在氬氣流量為500ml/min，溫度為800 ~ 1000° C的條件下加熱2小時獲得了 Sn摻雜Zn0 納米線[Seimg Yong Bae, Chan Woong Na， Ja Hee Kang， Jeunghee Park, /. 屬109 (2005) 2526-2531]。本發(fā)明采用一種簡單的、低成本的方法來制備Sn摻雜ZnO納米線。本發(fā)明不需要球磨設(shè)備，采 用Zn和Sn粉作為蒸發(fā)源，在較低溫度(790 - 810° C )和低氬氣流量 (40~55 ml/min)條件下，獲得了大量高純度的Sn摻雜ZnO納米線， 從而大大降低了生產(chǎn)成本。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種簡單的合成Sn摻雜ZnO納米線的方法-氣相沉積 方法，這種方法不需要球磨設(shè)備。使用的氬氣流量較小，加熱溫度偏低， 加熱時間較短，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。另外，制備過程中也不需要加入 異質(zhì)催化劑，因而可以完全避免雜質(zhì)對納米線性能的影響。結(jié)果分析表 明本發(fā)明制備的產(chǎn)物純度很高，沒有形成雜質(zhì)相，說明本發(fā)明的方法是 合成高質(zhì)量Sn摻雜ZnO納米線的一種有效手段。本發(fā)明制備的Sn摻雜Zn0納米線為六方纖維鋅礦結(jié)構(gòu)，形成單相 固溶體，Sn的4參雜含量為1.0~4.3% (摩爾百分比)，納米線的直徑約 5 ~ 70跳長度為10~ 16 jum。 本發(fā)明的制備方法如下1) 將Sn和Zn粉末混合后放入耐熱容器中，上面覆蓋有耐熱 導(dǎo)電材料作為接收襯底；2) 將所述的耐熱容器》文入管式爐中，升溫到790 - 810° C，保 溫時間為20~ 30min;管式爐中的氣壓保持在常壓狀態(tài)，通入氬氣 的流量為40 - 55 ml/min。3 )爐子自然冷卻到室溫后，在接收襯底上沉積有一層白色產(chǎn)物。 本發(fā)明的另一個實施方案是所述的耐熱容器是剛玉舟。本發(fā)明的再一個實施方案是所述的耐熱導(dǎo)電材料是硅片。 本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明使用的設(shè)備簡單，不需要球磨設(shè)備。以Sn和Zn粉為蒸發(fā) 源，釆用的氬氣流量較小，加熱溫度偏低，加熱時間較短。操作工藝 筒單易行，成本低廉，反應(yīng)條件容易控制，適合規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，是 合成高品質(zhì)Sn摻雜Zn0納米線的一種有效手段。本發(fā)明制備出的Sn摻雜ZnO納米線的純度非常高，不含有雜質(zhì)相。通過控制工藝條件可以獲得不同摻雜含量的Sn摻雜Zn0納米線。


圖1 硅襯底上樣品的掃描電鏡圖譜。圖2樣品的X射線書f射圖語。圖3樣品的能譜圖，Sn的含量為4. 3 % 。
具體實施方式
實施例11) 將Sn和Zn粉末混合后;^^剛玉舟中，上面覆蓋有硅片作為接 收襯底。2) 將剛玉舟》文入管式爐中，升溫到790° C，保溫時間為30 min。 管式爐中的氣壓保持在常壓狀態(tài)，通入氬氣的流量為40 ml/min。3) 爐子自然冷卻到室溫后，在硅襯底上沉積有一層白色產(chǎn)物。實施例21) 將Sn和Zn粉末混合后放入剛玉舟中，上面覆蓋有硅片作為接 收襯底。2) 將剛玉舟》文入管式爐中，升溫到800° C，保溫時間為27 min。 管式爐中的氣壓保持在常壓狀態(tài)，通入氬氣的流量為50 ml/min。3)爐子自然冷卻到室溫后，在硅村底上沉積有一層白色產(chǎn)物。 實施例31) 將Sn和Zn粉末混合后放入剛玉舟中，上面覆蓋有硅片作為接 收襯底。2) 將剛玉舟放入管式爐中，升溫到810° C，保溫時間為20 min。 管式爐中的氣壓保持在常壓狀態(tài)，通入氬氣的流量為55 ml/min。3) 爐子自然冷卻到室溫后，在硅村底上沉積有一層白色產(chǎn)物。
權(quán)利要求
1.一種氣相沉積制備錫摻雜氧化鋅納米線的方法，其特征是1)將Sn和Zn粉末混合后放入耐熱容器中，上面覆蓋有耐熱導(dǎo)電材料作為接收襯底；2)將所述的耐熱容器放入管式爐中，升溫到790～810℃，保溫時間為20～30min；管式爐中的氣壓保持在常壓狀態(tài)，通入氬氣的流量為40～55ml/min。3)爐子自然冷卻到室溫后，在接收襯底上沉積有一層白色產(chǎn)物。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種氣相沉積制備錫摻雜氧化鋅納米線的方 法，其特征是所述的耐熱容器是剛玉舟。
3. 如權(quán)利要求1、 2所述的一種氣相沉積制備錫摻雜氧化鋅納米線的方 法，其特征是所述的耐熱導(dǎo)電材料是^:片。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種簡單的合成Sn摻雜ZnO納米線的方法-氣相沉積方法，這種方法不需要球磨設(shè)備。使用的氬氣流量較小，加熱溫度偏低，加熱時間較短，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。另外，制備過程中也不需要加入異質(zhì)催化劑，因而可以完全避免雜質(zhì)對納米線性能的影響。結(jié)果分析表明本發(fā)明制備的產(chǎn)物純度很高，沒有形成雜質(zhì)相，說明本發(fā)明的方法是合成高質(zhì)量Sn摻雜ZnO納米線的一種有效手段。
文檔編號C30B29/16GK101328609SQ20081010388
公開日2008年12月24日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者多永正, 常永勤, 郭佳林 申請人:北京科技大學(xué)