[发明专利]一种调控n型SiC单晶低维纳米材料掺杂浓度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种调控n型SiC单晶低维纳米材料掺杂浓度的方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

第三代宽带系半导体SiC材料具有高击穿电压、高热导率、高电子迁移率以及高电子漂移速率等优异物理特性，在苛刻工作环境如高温、高频、大功率、光电子和抗辐射器件等领域具有广泛的应用前景。相比于传统SiC体材料，SiC低维纳米材料因其独特的纳米效应而拥有更优异的力学、光学和电学等性能，在制备高性能复合材料以及构筑纳米光电器件等方面展现出了诱人的应用前景。

基于SiC低维纳米材料优异的性能，目前已有大量研究工作报道了SiC低维纳米材料的制备方法，包括有机前驱体热解法、模板法、碳热还原法、化学气相沉积、直接化学反应法，电弧放电法，水热和溶剂热法和热蒸发法等。上述方法在实现SiC低维纳米材料生长的控制上(包括形貌、尺寸和晶体生长方向等)已取得较好的研究进展。

然而，SiC低维纳米材料得以器件化应用的重要基础之一是实现其掺杂及其掺杂类型和浓度的调控，相关研究工作还处于起步阶段。已有研究工作主要集中在p型SiC低维纳米材料的制备及其掺杂浓度调控(主要以掺Al为主)，并在场效应晶体管和压力传感器等纳米器件应用上展现出了优异的性能。相比p型SiC低维纳米材料，n型SiC低维纳米材料由于其载流子以电子为主，因而在场发射阴极材料、热电材料等领域更具应用潜力。然而，基于n型SiC单晶低维纳米材料掺杂浓度的调控，在国内外尚未见文献报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种调控n型SiC单晶低维纳米材料掺杂浓度的方法。本发明的方法的设备和工艺简单可控，具有很好的可重复性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该调控n型SiC单晶低维纳米材料掺杂浓度的方法，其包括以下具体步骤：

1)催化剂引入：将C纸浸泡在一定浓度的催化剂无水乙醇溶液中，自然晾干后实现催化剂的引入。

2)高温热解：将一定量的液态有机前驱体置于石墨坩埚中，并将步骤1)引入催化剂后的C纸置于石墨坩埚顶部，然后置于气氛烧结炉中进行高温热解，在N₂和Ar气混合保护气氛下热解一定时间即可实现n型SiC单晶低维纳米材料的制备。

3)掺杂浓度调控：通过控制热解温度，实现N原子在催化剂液滴中溶解度的控制，最终实现n型SiC单晶低维纳米材料N掺杂浓度的调控。

所述步骤(1)中，C纸用作基体以沉积生长SiC单晶低维纳米材料。

所述步骤(2)和(3)中，使用的原料为聚硅氮烷。所使用烧结炉为石墨电阻气氛烧结炉，亦可采用其他气氛烧结炉。

所述步骤(2)和(3)中，所引入的催化剂为Co(NO₃)₂。亦可采用其他的金属元素及其化合物，如FeCl₂、Fe(NO₃)₃、Ni(NO₃)₂等；所采用的保护气氛为5％的N₂和95％的Ar气(体积比)，亦可采用其他配比的保护气氛。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明通过控制热解温度以实现N原子在高温催化剂液滴中溶解度的控制，实现了SiC单晶低维纳米材料掺杂浓度的控制与设计；

2.本发明所制备的n型SiC单晶低维纳米材料具有均匀的N掺杂原子空间分布，也即可实现SiC低维纳米材料的均匀N掺杂。

附图说明

图1为本发明实施例一所制得的n型SiC单晶低维纳米材料在不同放大倍数下的扫描电镜(SEM)图；

图2为本发明实施例一所制得的n型SiC单晶低维纳米材料在不同放大倍数下的透射电镜(TEM)图、选区衍射(SAED)和高分辨透射电镜(HRTEM)图；

图3为本发明实施例一所制得的n型SiC单晶低维纳米材料的能谱(EDX)图；

图4为本发明实施例一所制得的n型SiC单晶低维纳米材料的Si、C和N元素的面扫面分布图；

图5为本发明实施例二所制得的n型SiC单晶低维纳米材料在不同放大倍数下的扫描电镜(SEM)图；

图6为本发明实施例三所制得的n型SiC单晶低维纳米材料在不同放大倍数下的扫描电镜(SEM)图；

图7为本发明实施例一、二和三所制得的n型SiC单晶低维纳米材料的X-射线衍射(XRD)图谱。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。