一种金属包覆型的复合半导体材料及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种金属包覆型的复合半导体材料及其制备方法和应用，属于半导体材料领域。一种金属包覆型的复合半导体材料，所述复合半导体材料包括金属单质纳米颗粒、半导体；所述金属单质纳米颗粒包覆在所述半导体的表面和/或内部。通过金属

【技术实现步骤摘要】
一种金属包覆型的复合半导体材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及一种金属包覆型的复合半导体材料及其制备方法和应用，属于半导体材料领域。

技术介绍

[0002]半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。从电子能带结构来看，半导体是具有允许自由载流子提升到导带的带隙。目前半导体已经遍及人们生活的方方面面。因此从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。半导体的光电效应一直是半导体领域的研究重点，光催化和光电探测是利用半导体光电效应的两大重要研究方向。拓宽半导体的光响应范围、提升半导体电荷分离效率一直是半导体领域的领域难题。
[0003]随着人口的增加和人类社会经济的发展，越来越多的能源需要被使用。目前化石能源仍然占据全球能源消耗的大部分，而化石能源开发利用后不能再生，如果长期大规模开采，不久的将来会消耗殆尽。使用化石能源势必会排放大量二氧化碳，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，引发冰川溶解、海平面上升、海洋酸化等一系列环境问题，对生命系统形成威胁，气候变化是人类面临的全球性问题。因此追求二氧化碳等温室气体的绿色利用、发展碳中性的绿色能源和化学生产过程变得极其重要。太阳光作为可循坏的清洁能源之一，被国际社会和科学界的广泛关注。太阳光可以辐照在地球的绝大部分地区，并且太阳的能量极其庞大，科学家计算出至少有六百万年的期限，对于人类而言，这样的时间是无限。现今使用最多的化石能源，其滋生的问题不外乎是废物的排放，能源耗竭越多，产生污染也相对增加。虽然核能是一种高效率的产能方式，但是核能发电会有核泄漏的危险，一旦核泄漏了便会造成极大的生态危机，太阳能则无危险性及污染性。在人类与自然和平共处的原则下，使用太阳能最绿色安全，且若设备使用得当，装置成后所需费用极少，而每年至少可生产10
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千瓦的电力。利用太阳光进行光催化制备氢气，可以实现绿色高热值燃料的绿色生产；利用太阳光进行光催化二氧化碳还原，可以实现将温室气体转化为工业原料或工业初代产物；利用太阳光进行光催化碳氢键活化等化学反应，可实现温和条件下的化学反应及转化，利用光催化反应可以从反应源头上控制碳污染的排放。因此使用太阳光催化反应成为了目前最受关注的有前景的化学方法之一。为了提高半导体光催化剂的催化效率，目前常用的策略有设计新的单组分半导体光催化剂、改良现存的半导体光催化剂。其中引入半导体
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半导体异质结、金属
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半导体肖特基结等方法经常被用来提高现存的半导体光催化剂的性能。但是形成结的优化方法往往存在“客体”和“主体”材料之间兼容性差、合成方法不满足绿色化学要求且不具有经济型的问题。因此，开发兼容性好的“客体”和“主体”的复合材料，兼具大范围拓宽半导体材料光响应范围、大幅度改善电荷分离的半导体材料，对推动半导体材料光催化绿色工业化具有重要的现实意义。
[0004]随着信息时代的飞速发展，半导体作为这个时代的高技术核心，其光电响应范围是光电探测、太阳能转换等领域的一个重要度量参数。目前商业材料的光响应范围较窄，比
如Si基和Ge基半导体的光响应范围在可见光区，InGaAs基半导体的光响应范围在短波红外区，都无法覆盖全太阳光谱，要想实现全太阳光谱光电响应需要至少两种半导体器件结合才能满足探测的需求，这将导致设备复杂、维护难、成本高。此外，提高国防安全、军事实力是稳固国家国际地位的重要前提。这就使得关键设备对全太阳光谱(约295
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2500纳米)、甚至中远红外光(约2500纳米
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1毫米)和雷达波(约1毫米
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100米)等敌方探测光波谱的多频段隐身和感知就特别重要。因此，发展超宽带吸收及响应半导体材料具有重要的国防意义。

技术实现思路

[0005]根据本申请的第一个方面，提供了一种包覆型的复合半导体材料。该复合半导体材料利用金属
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半导体相互作用解决半导体光吸收范围窄或光生电荷分离效率低的问题。金属
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半导体相互作用包括但不限于金属
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半导体肖特基结、表面等离子体共振金属
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半导体相互作用、金属热电子注入半导体相互作用等。与传统提高半导体材料光吸收范围或电荷分离效率相比，本专利技术的包覆材料通过绿色光合成法后期引入到半导体表界面。除了保留初始半导体的光电响应性能之外，后处理引入金属单质纳米颗粒的方法可以提高半导体材料光电响应范围和(或)电荷分离效率，并且可以将光吸收范围拓宽到远红外和太赫兹波段。
[0006]该复合半导体材料可用作光电探测材料，紫外
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可见
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红外光的光电流/暗电流响应大于10。也可作为光催化剂，用于光解水产氢、二氧化碳还原、碳氢键活化等反应的稳定催化剂，可实现绿色的光化学合成。值得一提的是，该半导体材料的光吸收范围比其他文献更宽。比如，在太阳光模拟AM1.5的氙灯条件下，单质锌纳米颗粒包覆的硫化锌半导体材料，具有宽频谱吸收的性能，产氢的效率在48小时内无明显下降。本专利技术的包覆型宽频谱光电响应半导体材料，可用作吸波隐身材料，可在中远红外甚至太赫兹波段有吸收效果。
[0007]一种金属包覆型的复合半导体材料，所述复合半导体材料包括金属单质纳米颗粒、半导体；
[0008]所述金属单质纳米颗粒包覆在所述半导体的表面和/或内部。
[0009]可选地，所述金属单质纳米颗粒与所述半导体形成金属
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半导体相互作用。
[0010]可选地，所述金属
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半导体相互作用包括金属
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半导体肖特基结、表面等离子体共振金属
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半导体相互作用、金属热电子注入半导体相互作用。
[0011]可选地，所述金属单质纳米颗粒来自所述半导体。
[0012]可选地，所述金属单质纳米颗粒的质量占所述复合半导体材料总质量的0.1％～10％。
[0013]可选地，所述金属单质纳米颗粒的质量占所述复合半导体材料总质量的0.5％～5％。
[0014]可选地，所述金属单质纳米颗粒的质量占比独立地选自0.1％、0.5％、1.0％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0015]可选地，所述半导体为微米级和/或纳米级。
[0016]可选地，所述半导体的尺寸为50nm～10μm。
[0017]可选地，所述半导体的尺寸为50nm～200nm。
[0018]可选地，所述半导体选自硫属化合物半导体。
[0019]可选地，所述半导体选自ZnO、CdO、ZnS、CdS、Ag2S、AgGaS2、In2Se3中的至少一种。
[0020]可选地，所述半导体的尺寸独立地选自50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属包覆型的复合半导体材料，其特征在于，所述复合半导体材料包括金属单质纳米颗粒、半导体；所述金属单质纳米颗粒包覆在所述半导体的表面和/或内部。2.根据权利要求1所述的复合半导体材料，其特征在于，所述金属单质纳米颗粒与所述半导体形成金属
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半导体相互作用；优选地，所述金属
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半导体相互作用包括金属
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半导体肖特基结、表面等离子体共振金属
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半导体相互作用、金属热电子注入半导体相互作用；优选地，所述金属单质纳米颗粒来自所述半导体；优选地，所述金属单质纳米颗粒的质量占所述复合半导体材料总质量的0.1％～10％；优选地，所述金属单质纳米颗粒的质量占所述复合半导体材料总质量的0.5％～5％。3.根据权利要求1所述的复合半导体材料，其特征在于，所述半导体为微米级和/或纳米级；优选地，所述半导体的尺寸为50nm～10μm；优选地，所述半导体的尺寸为50nm～200nm；优选地，所述半导体选自硫属化合物半导体；优选地，所述半导体选自ZnO、CdO、ZnS、CdS、Ag2S、AgGaS2、In2Se3中的至少一种。4.根据权利要求1所述的复合半导体材料，其特征在于，所述金属单质纳米颗粒选自Zn、Cd、Ag、In中的至少一种；优选地，所述金属单质纳米颗粒的平均粒径为10nm～100nm；优选地，所述金属单质纳米颗粒的平均粒径为30nm～60nm。5.权利要求1～4任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：江凯斌，郭国聪，王明盛，徐忠宁，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：