[发明专利]一种铜铁矿结构CuAlO2

说明书

本发明公开了一种铜铁矿结构CuAlO₂的制备方法，将铜盐、铝盐加入至有机溶剂中混合，再添加乙二醇进行混合，然后干燥获得粉体，将粉体先在空气氛围下烧结，然后在惰性气氛下退火，冷却后即得；其中，烧结温度低于退火温度。本发明制备的CuAlO₂结晶性能更好，可以避免采用有机盐，仅采用硝酸铜、硝酸铝为原料，工艺简单、操作简便，原料廉价易得且成本较低，适于规模化生产及应用。

技术领域

本发明属于金属氧化物半导体材料技术领域，涉及一种铜铁矿结构 CuAlO₂的制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

CuAlO₂是铜铁矿结构的晶体材料，是一种宽禁带型半导体材料。其光学性能与化学组成、能带结构、氧空位数量以及结晶程度密切相关。CuAlO₂除了具有透明导电性以外，其还具有其它的特性，例如光伏特性、场发射特性、气敏特性、光催化特性以及热电特性等。

1997年，Kawazoe等人基于价带化学修饰理论初次成功制备了既是p型 CuAlO₂薄膜。CuAlO₂晶体的基本结构有两种，一种是铜铁矿型，另一种是尖晶石型，目前主要研究的是铜铁矿型，它的直接带隙为3.5e V，间接带隙为1.8 e V，是一种本征p型半导体材料。其晶胞中每一个Cu⁺与2个O^2-以共价键形式连接，并且形成O-Cu-O线性的哑铃状，每一个Al³⁺以共价键形式配位了6 个O^2-形成了AlO6八面体配位，每一个O^2-以共价键形式连着4个原子，一个 Cu⁺和3个Al³⁺，形成了准四面体结构，其中AlO6结构可以有效的削弱O原子的局域效应，增加空穴的迁移率，其中的Cu-O-Cu线性哑铃状结构能有效地减少Cu原子的配位数，使CuAlO₂的直接带隙增加，即光学带隙增加，增加可见光范围内的透光率。制备CuAlO₂薄膜的方法有很多如脉冲激光沉积法、化学气相沉积法、溅射法、溶胶凝胶法以及聚合物辅助沉积法等。其中，溶胶凝胶法相比其他方法成本更低，然而发明人研究发现，采用该方法制备铜铁矿型CuAlO₂晶体较为困难，尤其制备不含杂质的纯相晶体尤为困难。

发明内容

《络合溶胶-凝胶法制备CuAlO₂微晶及其光学性能研究》(李抗等，无机材料学报，第26卷第3期2011年3月，275-280页)记载了以柠檬酸为络合剂，以三水硝酸铜和异丙醇铝作为原料进行溶胶-凝胶法可以制备纯相CuAlO₂微晶。而采用硝酸铝替换异丙醇铝则使得制备的产品中存在CuO杂相。但是发明人进一步研究发现，该方法中采用异丙醇铝，难以保存，从而使得其直接作为原料存在运输和储存的困难。若要先制备异丙醇铝，则需要增加生产线，不仅包括合成过程，还包括提纯过程，若原料中异丙醇铝不纯也会使得制备的CuAlO₂微晶不纯，因而采用该方法存在成本过高的问题，而且该方法制备的CuAlO₂微晶中衍射峰的峰宽较宽，结晶性能有待提高。

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种铜铁矿结构CuAlO₂的制备方法，该方法制备成本较低，制备的CuAlO₂结晶性能更好。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种铜铁矿结构CuAlO₂的制备方法，将铜盐、铝盐加入至有机溶剂中混合，再添加乙二醇进行混合，然后干燥获得粉体，将粉体先在空气氛围下烧结，然后在惰性气氛下退火，冷却后即得；其中，烧结温度低于退火温度。