氧氯化铈宽禁带半导体材料的用途与制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧氯化铈宽禁带半导体材料的用途及其制备方法，所述用途为在制作蓝紫光发光器件中的应用，其化学组成式为CeOCl，空间群为P4/nmm，其晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。其制备方法主要步骤包括：将反应前躯体氯化铈和氧化镁混合制得的混合物预压制成体块；将上述制成的体块反应物放置到高压合成块中；将上述制得的高压合成块置于压机合成腔体中进行合成反应，合成温度不低于1300℃，压力不低于4GPa，合成反应时间不少于3.0分钟；上述合成反应完结后降温泄压，取出合成产物，用蒸馏水溶解去除副产物，即得到宽禁带半导体CeOCl晶体。本发明专利技术的制备方法简单可控，样品结晶良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种宽禁带半导体材料，具体涉及一种氧氯化铈宽禁带半导体材料的用途与其制备方法。
技术介绍
宽禁带半导体材料是具有禁带宽度大、击穿电场高等特点的一种新型材料。在宽禁带半导体材料中，具有代表性的是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)以及氧化锌(ZnO)等。利用宽禁带半导体材料特有的禁带宽度，可以制作蓝光、绿光、紫外光器件和光探测器件。GaN材料是Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，具有良好的电学特性以及较宽的带隙(3.39eV)、可激发蓝光等特质(邓志杰,郑安生.半导体材料[M].北京：化学工业出版社,2004)，因而被认为是研究短波长光电子器件的最优选材料。近年来，以GaN为代表的Ⅲ族氮化物因在光电子领域和微波器件方面的应用前景而受到广泛的关注。氧化锌(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族纤锌矿结构的半导体材料，禁带宽度为3.37eV(THANGAVEL R,SABARINATHAN V,RAMASAMYS,et al.Investigations on the growth of zinc oxide crystals from molten hydrous KOH solution and on the impedance analysis of zinc oxide crystals[J].Mater Lett,2007,61:4090-4093)。宽禁带半导体材料ZnO可以用于制作蓝色和紫外等发光器件(Loo k D C.Recent advances in ZnO materials and devices[J].MaterialsScienceandEngineering,2001,80:383)。与GaN相比，ZnO不仅具有发射波长更短的优势，还具有来源丰富，价格低廉及高的化学稳定性等特点。此外，氧化锌发光二极管(Light-emitting diode，简称LED)还具有波长范围可以覆盖从紫外到红外的整个区域的特性。但是，由于在实际的制备过程中很难控制空位和缺陷的出现，这使得ZnO性能的稳定性和效率往往不能满足实际工作器件的需求(Chang S S,Choi G J,Park H J.UV and green photoluminescence from spark-processed zinc[J].Materials Science and Engineering:B,2001,83:29-34.)。就目前而言，由于价格低廉且发光效率较高的荧光粉的开发技术被国外所垄断，所以商品化白光LED的主流方式是利用GaN蓝光LED芯片与黄色荧光粉结合的方法来实现。这种方法最终的发光部分来自荧光粉，部分来自发光二极管。因而黄色荧光材料性能的优劣也直接关系到白光LED产业的发展，制备高性能的荧光材料也成为发展白光LED的重要环节之一。稀土元素Ce一直伴随着LED产业的发展。目前所采用的黄色荧光材料大部分就是稀土铈离子(Ce3+)激活的钇铝石榴石(Y3Al5O12，简写为YAG)晶体。此外，Shosuke Mochizuki，A.H.Morshed，Amita Verma等人也分别对CeO2的光致发光现象进行过报道(Shosuke Mochizuki et al，Phys.Status Solidi B 246,No.10,2320–2328(2009)；A.H.Morshed et al,Appl.Phys.Lett.70(13),1997；Amita Verma et al,Journal of Nanoparticle Research(2007)9:317–322.)。然而，到目前为止尚无关于稀土元素Ce的氧氯化物CeOCl的应用于宽禁带半导体材料的报道。CeOCl最早是在CeO2与含氯金属前驱体制备M/CeO2(M＝Pd、Rh、Pt)催化剂的过程中产生的。1992年，CeOCl的空间结构、晶格常数及原子占位等信息首次被报道(JOURNAL OF SOLID STATE CHEMISTRY 9,409-413(1992))。最近，海南大学李磊磊等人将水热法合成的CeO2纳米颗粒进行转化并可控合成了不同形貌的CeOCl纳米颗粒(材料导报，2012年11月第16卷专辑20)，但合成机理尚不清楚，他们也并未对其性质进行报道。紧接着，Ramzi Farra等人在2013利用CeO2和CeCl3通过高温固相反应，在实验反应温度为1023K，保温时间为10小时的条件下人工可控的合成了CeOCl，并对样品在催化系统中的特性进行了研究，但是其合成的样品结晶质量一般。总之，由于CeOCl存在人工可控合成较为困难、样品结晶质量不好等原因，到目前为止对其物性的报道还较少，主要是关于其催化性能方面的报道，且尚无利用MgO与CeCl3高压合成高质量CeOCl晶体的报道。
技术实现思路
针对现有技术关于氧氯化铈宽禁带半导体材料研究的技术现状与不足，本专利技术的第一个目的是提供氧氯化铈宽禁带半导体材料的一种新用途；本专利技术的第二个目的是提供一种方法简单可控、产品结晶良好的制备氧氯化铈宽禁带半导体材料的新方法。针对本专利技术的第一个目的，本专利技术提供的氧氯化铈宽禁带半导体材料的新用途，为氧氯化铈宽禁带半导体材料在制作蓝紫光(波长360到470纳米)发光器件中的应用；所述氧氯化铈宽禁带半导体材料的化学组成式为CeOCl，空间群为P4/nmm，其晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。针对本专利技术的第二个目的，本专利技术所提供的制备所述氧氯化铈宽禁带半导体材料的新方法，主要包括以下步骤：(1)将反应前躯体氯化铈和氧化镁按摩尔比(1:5)～(5:1)进行混合，并将混合好的混合物料预压制成体块；(2)将上述预压制成的体块放置到高压合成块中；(3)将上述高压合成块组装好置于压机合成腔体中进行合成反应，合成温度不低于1300℃，压力不低于4GPa，合成反应时间不少于3.0分钟；(4)上述合成反应完结后降温泄压，取出合成产物，用蒸馏水浸泡合成产物，溶解去除副产物，即得到CeOCl晶体。在本专利技术的上述技术方案中，合成CeOCl的反应前躯体氯化铈和氧化镁的摩尔比优选(1-3):(3-1)；进一步优选1:1。在本专利技术的上述技术方案中，CeOCl的合成，温度优先控制在1300-1600℃范围；压力优先控制在4.0-6.0GPa范围；时间优先控制在3-30分钟范围。在本专利技术的上述技术方案中，所述高压合成块的构成为，预制好的体块放入位于叶蜡石组装块内的石墨管中，石墨管的两端依次组装石墨片、钼片和导电钢圈。在本专利技术的上述技术方案中，所述合成压机可为六面顶压机、四面顶压机或两面顶压机。优先选用六面顶压机。专利技术人对采用本专利技术的方法制备的CeOCl晶体，用X射线衍射仪测试了其XRD图谱，由各衍射峰的位置和强度，可以得出所制备的CeOCl为四方相，属于P4/nmm空间群。同时用电镜扫描仪对CeOCl进行了测试，由CeOCl扫描电镜图谱可以看出，本专利技术制备出的CeOCl晶体结晶良好，形貌呈四方晶型。专利技术人对本专利技术制备的CeOCl图谱与ZnO和GaN的图谱进行了对比，由图谱可以看出，在325nm激光的激发下，CeOCl在室温常压下表现为360到470纳米(2.65-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧氯化铈宽禁带半导体材料的用途，其特征在于氧氯化铈宽禁带半导体材料在制作蓝紫光发光器件中的应用；所述氧氯化铈宽禁带半导体材料的化学组成式为CeOCl，空间群为P4/nmm，其晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。

【技术特征摘要】
1.一种氧氯化铈宽禁带半导体材料的用途，其特征在于氧氯化铈宽禁带半导体材料在制作蓝紫光发光器件中的应用；所述氧氯化铈宽禁带半导体材料的化学组成式为CeOCl，空间群为P4/nmm，其晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。2.一种氧氯化铈宽禁带半导体材料的制备方法，其特征在于主要包括以下步骤：(1)将反应前躯体氯化铈和氧化镁按摩尔比(1:5)～(5:1)进行混合，并将混合好的混合物料预压制成体块；(2)将上述预压制成的体块放置到高压合成块中；(3)将上述高压合成块组装好置于压机合成腔体中进行合成反应，合成温度不低于1300℃，压力不低于4GPa，合成反应时间不少于3.0分钟；(4)上述合成反应完结后降温泄压，取出合成产物，用蒸馏水浸泡合成产物，溶解去除副产物，即得到CeOCl晶体。3.根据权利要求2所述氧氯化铈宽禁带半导体材料的制备方法，其特征在于合成CeOCl的反应前躯体氯化铈和氧化镁的摩尔比为(1:3)～(3:1)。4.根据权利要求3所述氧氯化铈宽禁带半导体材料的制备方法，其特征在于合成CeOCl...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷力，张雷雷，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51