[发明专利]一种半导体材料及其调制禁带宽度的方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域，特别涉及一种半导体材料及其调制禁带宽度的方法与应用。

背景技术

半导体材料是一类导电能力介于导体与绝缘体之间，广泛应用于制作半导体器件和集成电路的材料。

随着科技的发展，半导体材料因其优异的性能而广泛应用于各行各业。半导体材料是半导体工业的基础，是信息技术和产业发展的基石。根据半导体材料带隙的大小可以分为宽带隙半导体和窄带隙半导体，包括元素半导体和化合物半导体。对于一种特定的半导体材料，具有固定的禁带宽度，但是在实际应用中，根据不同的需求，往往需要对已知半导体材料的禁带宽度进行调节。目前，对半导体材料的禁带宽度进行调节主要是通过掺杂引入外来缺陷。本发明是利用极端条件引入空位、间隙、反位缺陷等调节其禁带宽度。相对于传统的掺杂方法具有快速、节能、适用范围广等优点。

太阳能作为地球上来源最为广泛的能源，因其无污染、能量来源可持续和分布范围广等优点而受到大家的青睐。而太阳能的能量主要集中在可见光区，因此实现对可见光的利用具有显著的意义。目前，研究较多的半导体材料的禁带宽度大都在紫外光区，对于可见光的吸收较少，所以太阳光利用率较低。因此，将半导体材料的禁带宽度调制到可见光范围具有显著的意义。氧化锌(ZnO)作为一种典型的宽禁带氧化物半导体材料，具有来源广泛、无毒和激子束缚能较高等优点。在紫外光下有一定的光催化性能。在采用本发明对大量的氧化物 半导体材料实行禁带宽度调制的基础上，着重以ZnO为例，来说明采用本发明调制氧化物半导体禁带宽度的优点。

发明内容

由上述背景可知，为了简化工艺、缩短周期、降低能源消耗、实现对半导体材料禁带宽度的调制，需要开发出一种快速、高效和适用范围广的方法。

针对现有技术不足，本发明提供了一种半导体材料及其调制禁带宽度的方法与应用。

一种调制半导体材料禁带宽度的方法，利用熔融-冷却工艺来调制半导体材料禁带宽度。

该方法包括如下步骤：首先采用高温热源将选定的半导体材料熔化达到原子级混合均匀，然后将所得熔体冷却使其凝固，获得禁带宽度调制后的半导体材料。

所述半导体材料为Cu₂O、ZnO、Y₂O₃、ZrO₂、Nb₂O₅、In₂O₃、SnO₂、CeO₂或WO₃。

所述高温热源为电弧、激光、射频、高温喷灯、等离子体、电感应、影像炉、电炉或电火花。

所述冷却方式为空冷、水冷、液氮冷却或恒温基板冷却；冷却速度为10²K/s～10¹⁰K/s。

一种半导体材料，所述半导体材料为通过上述方法进行了禁带宽度调制的半导体材料。

一种半导体材料的应用方法，所述半导体材料用于制备半导体器件。

本发明的有益效果为：

本发明采用高温热源将选定的半导体材料熔化，然后使熔体在外加冷源的辅助下快速凝固，得到具有大量缺陷的半导体材料。该材料相对于处理前的材料具有更低的禁带宽度。

附图说明

图1：制备示意图(A)，根据本发明制备的ZnO的X射线衍射图(B)，光吸收图(C)，禁带宽度拟合图(D)，X射线光电子图(E、F)；

图2：根据本发明热处理前后Cu₂O、ZnO、Y₂O₃、ZrO₂、Nb₂O₅、In₂O₃、SnO₂、CeO₂和WO₃的X射线衍射图(A-H)；

图3：根据本发明热处理前后Cu₂O、ZnO、Y₂O₃、ZrO₂、Nb₂O₅、In₂O₃、SnO₂、CeO₂和WO₃的禁带宽度拟合图(A-H)；