一种非外延生长半导体的方法技术

本发明专利技术涉及一种非外延生长半导体的方法，属于纳米材料的制备领域。该方法为低温液相法：在衬底上滴加银溶胶，银溶胶中溶剂挥发后得银薄膜；衬底银薄膜面朝上加入乙醇和1-硫代癸烷丙酮溶液，静置，加入硫族元素前驱体溶液，混合后30～80℃反应4～12h，用无水乙醇洗，自然晾干，得非晶薄膜；非晶薄膜面朝上，加入甲苯、油酸和油胺，静置，加入镉盐的甲醇溶液和膦配体，50～80℃反应2～6h，用无水乙醇洗，自然晾干，得非外延生长的半导体。该方法成本低，易规模化生产；不受晶格失配度、沉积临界厚度和衬底限制，可大晶格失配度下在不同衬底上原位生长一维微/纳结构或二维薄膜结构的单晶半导体，应用领域广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，所述方法为无机半导体纳米光电材料的形貌控制合成中，在大晶格失配度下，在不同衬底上利用低温液相法非外延生长半导体的方法，制得的半导体具有单晶性，呈现出一维微/纳结构或二维薄膜结构，属于纳米材料的制备领域。
技术介绍
半导体的单晶性是控制其电子、空穴运动状态及规律以及进一步的P型、η型掺杂及复合调控的基本前提。传统微/纳结构或薄膜结构的单晶半导体生长遵循外延生长理论，制备方法主要有分子束外延法、金属有机化学气相沉积法等，需要超高真空以及高温等严格的条件；在衬底材料与外延材料之间，需要很小的晶格失配度(一般要小于4%左右)，而且受临界厚度(Critical Layer Thickness)的限制。当前许多应用，如柔性微电子器件、太阳能电池以及其他光电器件需要在一些大晶格失配度(需要大于40%)下的单晶半导体，如在许多金属衬底(如铝片、不锈钢片等)、导电氧化物衬底(如ITO导电玻璃等)上生长单晶半导体；尤其是在非晶衬底(如普通玻璃、柔性聚合物薄膜)上生长单晶半导体薄膜结构。一旦突破，将会在半导体产业，包括信息、电子、太阳能电池、生物等领域有广泛的应用。到目前为止，在大晶格失配度下(大于40%)以及在非晶衬底上生长、制备微/纳结构或薄膜结构的单晶半导体的报道很少。只有张加涛等2010年发表在Science杂志上的在金属纳米颗粒表面非外延生长单晶半导体纳米结构的报道(Jiatao Zhang, Yun Tang, KwanLee, Min Ouyang, Nonepitaxial growth of hybrid core-shell nanostructures withlarge lattice mismatches, Science2010, 327, 1634-1638.)。所述报道公开了在高曲率的金属纳米晶(尺寸<10nm)的表面均匀制备单晶半导体纳米壳层的胶体纳米粒子。所述报道仍然不能满足许多半导体光电器件应用中直接在不同的刚性/柔性衬底上原位生长一维微/纳结构或二维薄膜结构的单晶半导体的需求。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的在于提供，所述方法利用固-液界面反应，可直接在大晶格失配度下，在不同柔性或刚性衬底上非外延生长一维微/纳结构或二维薄膜结构的单晶半导体。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。，所述方法步骤如下:(I)在洁净的衬底材料上滴加银溶胶，待银溶胶中的溶剂挥发完全得到银薄膜；将镀有银薄膜的衬底材料置于容器中，银薄膜一面朝上，加入乙醇和1-硫代癸烷丙酮溶液，静置，然后加入硫族元素的前驱体溶液，混合均匀后于30°C 80°C反应4h 12h结束，然后用无水乙醇清洗，自然晾干，得到镀有非晶薄膜的衬底材料；其中，所述衬底材料为本领域内制备单晶半导体常规使用的衬底材料；优选衬底材料为玻璃、柔性聚合物薄膜或金属；更优选衬底材料为普通玻璃、导电玻璃、PET导电薄膜或不锈钢；衬底材料的面积优选为Icm2 4cm2 ；所述银溶胶为银片溶胶或一维带状结构的银溶胶，溶剂为水或乙醇，可采用本领域常规制备银片溶胶和一维带状结构的银溶胶方法制备得到，银溶胶的加入量可根据所需银薄膜的厚度进行选择；当衬底材料为柔性聚合物时，使用前需使用3-氨丙基三甲氧基硅烷处理使其对水的浸润性达到完全浸润，银溶胶的溶剂为水，采用真空干燥；银溶胶中的溶剂为乙醇时可采用室温下自然晾干；优选1-硫代癸烷的加入量为5μ I 30μ I ;优选1_硫代癸烷溶液的物质的量浓度彡10% ；优选静置时间为5min IOmin ；硫族元素为硫(S) JB(Se)或碲(Te);优选硫族元素为硫或碲；将油酸、油胺和硫粉加热搅拌溶解后得到橙红色液体，再用甲苯分散得到硫的前驱体溶液，其中油酸与油胺的体积比为2:1，油酸与硫粉的物质的量比为15.7:1,甲苯的体积为油酸和油胺的体积和，硫的前驱体溶液的加入体积为镉盐的甲醇溶液体积的I 3倍;将甲苯、三正辛基膦和碲粉加热搅拌溶解后得到淡黄色澄清液体即为碲的前驱体溶液，其中，甲苯与三正辛基膦的体积比为1:1，三正辛基膦与碲粉的物质的量比为5.6:1，碲的前驱体溶液的加入体积为镉盐的甲醇溶液体积的0.5 I倍；将油酸、油胺和硒粉加热搅拌溶解后得到红褐色液体，再用甲苯分散得到硒的前驱体溶液，其中油酸与油胺的体积比为2:1，油酸与硒粉的物质的量比为31.4:1，甲苯的体积为油酸和油胺的体积和，硒的前驱体溶液的加入量为镉盐的甲醇溶液体积的I 3倍；(2)将镀有非晶薄膜的衬底材料置于容器中，非晶薄膜一面朝上，加入溶剂甲苯、油酸和油胺，静置，然后加入镉盐的甲醇溶液和膦配体，于50°C 80V反应2h 6h结束，用无水乙醇清洗，自然晾干，得到一种非外延生长的半导体，所述半导体具有单晶性，呈现出一维微/纳结构或二维薄膜结构；其中，油酸与油胺的体积比为2:1，油胺与镉盐的甲醇溶液的体积比为1:10 ;优选静置时间为5min IOmin ；镉盐的甲醇溶液的浓度为0.06g/ml 0.lg/ml，加入量为Iml ；膦配体可为三丁基膦、三辛基膦、三苯基膦或亚磷酸三甲酯，优选膦配体为三丁基膦或三辛基膦，加入量为80 μ I 150 μ I。有益效果1.本专利技术提供了，所述方法可在空气中、低于80°C的低温下实现，使用化学低温反应，装置简单，原料廉价易得，成本低，易规模化生产，不需要传统物理方法所需的超净间、超真空、高温气相沉积等昂贵的技术手段；2.本专利技术提供了，所述方法突破了传统外延生长单晶半导体的晶格失配度的限制，不受衬底材料的影响，是一种大晶格失配度下不同衬底上原位生长一维微/纳结构或二维薄膜结构的单晶半导体的普适方法，解决了所述结构的单晶半导体制备到其他衬底材料的转移问题；3.本专利技术提供了，所述方法在生长尺寸规模上，宏观尺寸如厘米尺寸的制备不受衬底材料限制，可直接在不同的衬底材料上原位生长微米级片状结构的单晶半导体，或长度达3 5个微米的一维纳米带状结构的单晶半导体，还可以实现微米级片状结构的单晶半导体的取向组装，形成厘米级(2cmX 2cm)薄膜结构的单晶半导体；突破了传统外延生长中沉积临界厚度的限制，可在不同衬底上，实现不同厚度、不同疏密程度的取向组装的薄膜结构的单晶半导体；4.本专利技术提供了，所述方法制得的一维微/纳结构或二维薄膜结构的单晶半导体可满足新型低成本半导体薄膜太阳能电池、微电子器件、发光器件等方面的需求，有望在半导体产业，包括信息、电子、太阳能电池以及生物等领域获得广泛的应用。附图说明图1为实施例2、3、4、9、10和11制得的硫化镉(CdS)半导体的高分辨透射电镜形貌图。图2为图1中a选区对应的电子衍射图。图3为实施例5和12制得的硫化镉(CdS)半导体的高分辨透射电镜形貌图。图4为图3的a选区对应的电子衍射图。图5为实施例2和9制得的硫化镉(CdS)半导体的X射线衍射图。图6为实施例6、8、13和15制得的碲化镉(CdTe)半导体的高分辨透射电镜形貌图。图7为图6的a选区对应的电子衍射图。图8为实施例7和14制得的碲化镉(CdTe)半导体的高分辨透射电镜形貌图。图9为图8的a选区对应的电子衍射图。图10为实施例6和13制得的碲化镉(CdTe)半导体的X射线衍射图。图11为实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非外延生长半导体的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：（1）在洁净的衬底材料上滴加银溶胶，待银溶胶中的溶剂挥发完全得到银薄膜；将镀有银薄膜的衬底材料置于容器中，银薄膜一面朝上，加入乙醇和1?硫代癸烷丙酮溶液，静置，然后加入硫族元素的前驱体溶液，混合均匀后于30℃～80℃反应4h～12h结束，然后用无水乙醇清洗，自然晾干，得到镀有非晶薄膜的衬底材料；（2）将镀有非晶薄膜的衬底材料置于容器中，非晶薄膜一面朝上，加入溶剂甲苯、油酸和油胺，静置，然后加入镉盐的甲醇溶液和膦配体，于50℃～80℃反应2h～6h结束，用无水乙醇清洗，自然晾干，得到一种非外延生长的半导体；步骤（1）中：银溶胶为银片或一维带状结构的银溶胶，溶剂为水或乙醇；衬底材料为柔性聚合物时，使用前需使用3?氨丙基三甲氧基硅烷处理使其对水的浸润性达到完全浸润，银溶胶的溶剂为水，采用真空干燥；硫族元素为硫、硒或碲；将油酸、油胺和硫粉加热搅拌溶解后得到橙红色液体，再用甲苯分散得到硫的前驱体溶液，油酸与油胺的体积比为2:1，油酸与硫粉的物质的量比为15.7:1，甲苯的体积为油酸和油胺的体积和，硫的前驱体溶液的加入体积为镉盐的甲醇溶液体积的1～3倍；将甲苯、三正辛基膦和碲粉加热搅拌溶解后得到淡黄色澄清液体即为碲的前驱体溶液，甲苯与三正辛基膦的体积比为1:1，三正辛基膦与碲粉的物质的量比为5.6:1，碲的前驱体溶液的加入体积为镉盐的甲醇溶液体积的0.5～1倍；将油酸、油胺和硒粉加热搅拌溶解后得到红褐色液体，再用甲苯分散得到硒的前驱体溶液，油酸与油胺的体积比为2:1，油酸与硒粉的物质的量比为31.4:1，甲苯的体积为油酸和油胺的体积和，硒的前驱体溶液的加入量为镉盐的甲醇溶液体积的1～3倍；步骤（2）中：油酸与油胺的体积比为2:1，油胺与镉盐的甲醇溶液的体积比为1:10；镉盐的甲醇溶液的浓度为0.06g/ml～0.1g/ml，加入量为1ml；膦配体的加入量为80μl～150μl。...

【技术特征摘要】
1.一种非外延生长半导体的方法，其特征在于:所述方法步骤如下:(1)在洁净的衬底材料上滴加银溶胶，待银溶胶中的溶剂挥发完全得到银薄膜；将镀有银薄膜的衬底材料置于容器中，银薄膜一面朝上，加入乙醇和1-硫代癸烷丙酮溶液，静置，然后加入硫族元素的前驱体溶液，混合均匀后于30°C 80°C反应4h 12h结束，然后用无水乙醇清洗，自然晾干，得到镀有非晶薄膜的衬底材料；(2)将镀有非晶薄膜的衬底材料置于容器中，非晶薄膜一面朝上，加入溶剂甲苯、油酸和油胺，静置，然后加入镉盐的甲醇溶液和膦配体，于50°C 80V反应2h 6h结束，用无水乙醇清洗，自然晾干，得到一种非外延生长的半导体；步骤(I)中:银溶胶为银片或一维带状结构的银溶胶，溶剂为水或乙醇；衬底材料为柔性聚合物时，使用前需使用3-氨丙基三甲氧基硅烷处理使其对水的浸润性达到完全浸润，银溶胶的溶剂为水，采用真空干燥；硫族元素为硫、硒或締；将油酸、油胺和硫粉加热搅拌溶解后得到橙红色液体，再用甲苯分散得到硫的前驱体溶液，油酸与油胺的体积比为2:1，油酸与硫粉的物质的量比为15.7:1,甲苯的体积为油酸和油胺的体积和，硫的前驱体溶液的加入体积为镉盐的甲醇溶液体积的I 3倍；将甲苯、三正辛基膦和碲粉加热搅拌溶解后得到淡黄色澄清液体即为碲的前驱体溶液，甲苯与三正辛基膦的体积比为1:1，三正辛基膦与碲粉的物质的量比为5.6:1，碲的前驱体溶液的加入体积为镉盐的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张加涛，钱红梅，赵倩，戴宝松，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：