[发明专利]一种低压发光宏观ZnO半导体单晶材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种低压发光宏观ZnO半导体单晶材料的制备方法，属于半导体光电子材料与器件技术领域。

技术背景

众所周知，ZnO作为一种宽禁带半导体材料，在光电子器件中有很大的应用前景，因此引起了全世界范围的广泛关注。目前国际上改变纳米ZnO单晶材料电性能的主要做法是通过掺杂的方法(Jr H.He，et al.Large-Scale Ni-Doped ZnONanowire Arrays and Electrical and Optical Properties，J.Am.CHEM.SOC.2005，127，16376-16377；William K.Liu，et al Spectroscopy of Photovoltaic and PhotoconductiveNanocrystalline Co²⁺-Doped ZnO Electrodes，J.Phys.Chem.B 2005，109，14486-14495)，发光的技术一般是使ZnO内部产生PN结，利用的是发光二极管原理。但是，截至目前并没有利用上述技术手段使宏观超长ZnO半导体单晶材料在低压下产生发光现象的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单易控、适合大规模生产的低压发光宏观ZnO半导体单晶材料的制备方法。

本发明所提供的通过对宏观超长ZnO半导体单晶材料简单处理来使其产生发光现象的报道在国际上是首次。制备而得的ZnO半导体单晶材料在低压直流电源作用下产生发光现象的技术。具体而言是通过以下方法制备而得的：

第一步：将宏观ZnO半导体单晶材料固定在衬底上，放入等离子体处理器的真空室，抽真空至真空度1～5Torr；

第二步：通入H₂气体，调整真空室通气阀门，使真空室中的真空度保持在10～20Torr；

第三步：打开等离子体处理器开关，调节离子体处理器功率为170～380W，使氢等离子气体轰击样品30～60分钟，得低压发光宏观ZnO半导体单晶材料。

利用以上方法制备的低压发光宏观ZnO半导体单晶材料能够在低压直流电源作用下产生发光现象。该技术通过对宏观ZnO半导体单晶材料进行一系列的处理，使其电阻值发生明显改变，由处理前的高于2×10⁶Ω，降至100～5000Ω。通过本发明，不仅可使宏观ZnO半导体单晶材料的导电性大大增强，并且最终可以实现在常温低压下，宏观ZnO半导体单晶材料的发光。

本发明提供的低压发光宏观ZnO半导体单晶材料的制备方法中的衬底材料为石英片或玻璃载玻片。

本发明提供的低压发光宏观ZnO半导体单晶材料的制备方法中原料可以是宏观超长ZnO单晶片、宏观超长ZnO单晶杆或者宏观超长ZnO单晶梳等。

本发明与背景技术相比主要具有以下显著优点：

使宏观ZnO半导体单晶材料低压产生发光现象的技术，以易得的H₂为气源，简单易控，重复性强，非常适合大量制可低压发光的ZnO半导体单晶材料。

本发明的产品特点：本发明不仅极大的改变了宏观超长ZnO晶体材料电阻特性，而且实现了低压发光，从发射光谱可以看出所发出光线为激光，这一技术使宏观ZnO半导体单晶材料有望在电子光电器件等领域获得重要应用。

附图说明

图1是宏观超长ZnO半导体单晶材料发光光谱

具体实施方式

以下运用实施例对本发明作详细说明：

实施例1：

(1)以石英片作衬底，放在无水乙醇中超声清洗并凉干；

(2)将从宏观超长ZnO单晶簇中剥离出单根的ZnO半导体单晶结构体放于硅片上，只两端用银浆粘结；放于烘箱，120℃烘制15分钟，再在375℃下烘制20分钟；使单根ZnO半导体单晶结构体牢牢的粘结在硅片上，制备试验用样品；

(3)将样品放入真空室，打开真空泵抽真空至5Torr；

(4)以一定流量通入H₂气体，调整真空室通气阀门，使生长室中的真空度保持恒定为10Torr；打开等离子体处理器开关，调节到功率为170W；在该功率下，保持氢等离子气体轰击样品持续60分钟；

(5)轰击结束后，先关电源，再关气源，最后关闭真空泵，制备得低压发光宏 观ZnO半导体单晶材料；

(6)放气后取出样品后，连入测试装置中；打开测试装置电源，调节电压，在45V左右可以清楚观察到宏观超长ZnO半导体单晶材料的发光现象，从光谱中可以看出这与钨丝热发光的连续光谱完全不相同。

实施例2：