CN100342049C - 立方相纳米ZnMgO线材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的立方相纳米ZnMgO线材料具有c轴取向，它的组分及其摩尔百分比含量为：Zn 5～12，Mg 88～95。采用热蒸发法，以高纯氩气和空气为反应气氛，在10～20Pa压强下600～850℃下将纯Zn和纯Mg粉末混合共蒸发，蒸汽在衬底上结晶氧化制成。本发明成本低，所用设备简易，操作方便，产率较高。

Description

立方相纳米ZnMgO线材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及立方相纳米ZnMgO线材料及其制备方法，属于半导体材料技术领域。
背景技术
ZnO为纤锌矿结构，是一种直接能带的宽禁带半导体材料。在2K时其禁带宽度为3.37电子伏特，在室温下有60毫电子伏特的激子束缚能，远大于GaN(25毫电子伏特)，因此它很有希望用作低阈值短波长(蓝绿波段)发光器件，如发光二极管和激光二极管等，在光学上有很大的应用前景。通过制得一维的ZnO及纳米线结构，由于其特殊的尺寸和物理特性，可用于纳米加工技术和纳米器件。同时由于MgO的禁带宽度为7.7电子伏特，通过改变Mg的含量，可以对ZnO的带宽进行调节，从而控制光电器件的发光波长。制备ZnMgO纳米材料对开发波长可调的光电器件来说无疑是一项很有意义的工作。
发明内容
本发明的目的是为开发波长可调的光电器件提供一种立方相纳米ZnMgO线材料及其制备方法。
本发明的立方相纳米ZnMgO线材料，其特征在于该材料具有c轴取向，它的组分及其摩尔百分比含量为：
Zn  5～12
Mg  88～95
上述组分含量之和为100％。
立方相纳米ZnMgO线材料的制备方法，采用热蒸发法，包括以下的步骤：
1)按比例取纯Zn和纯Mg粉末，经充分混合后放入端部有小孔的半封闭石英玻璃反应器中，在反应器内相隔混合粉末一段距离处放置一片衬底；
2)将反应器放入温度为600～850℃的管式加热炉中，加热炉抽真空并保持在10～20Pa，同时向炉中通入纯度为99％的氩气，两分钟后停止抽真空和通氩气，通入空气，保持一分钟，之后再抽真空和通氩气，保持十分钟，气体流量维持在10-50sccm，将混合粉末蒸汽在衬底上结晶，经氧化形成立方相纳米ZnMgO线材料。
上述的衬底可以采用硅片、石英片、或蓝宝石等，优选硅片。
本发明的立方相纳米ZnMgO线材料，以纯Zn和纯Mg粉末为原料，成本较低。采用热蒸发法制备，所用设备简易，操作方便，产率较高。
附图说明
图1是反应装置示意图；
图2是XRD测试结果；
图3是EDX测试结果；
图4是场发射扫描电子显微镜(FESEM)照片；
图5是高分辨透射电子显微镜照片。
具体实施方法
以下结合具体实例对本发明作进一步的说明。
图1是根据本发明方法采用的反应装置示意图，图中1为由两个半圆筒石英玻璃舟扣合构成的半封闭石英玻璃反应器，石英玻璃反应器的一端开有一个半径为0.3cm小孔2，3为Zn和Mg的混合粉末，4为衬底，5为加热器，6为管式加热炉，管式加热炉的一端接真空泵7，另一端有进气口8。
实例1：
取0.730g(0.0112摩尔)，纯度为99.999％的Zn粉和0.0490g(0.002摩尔)，纯度为99％的Mg粉，充分混合。将混合粉末放入上述石英玻璃反应器中，在反应器内距离粉末1.5cm处放置一片硅片，将反应器放入温度为850℃的管式加热炉中，反应器的小孔对着真空泵抽气的方向。加热炉抽真空并保持在10Pa。同时向炉中通入纯度为99％的氩气，两分钟后停止抽真空和通氩气，通入空气，保持一分钟，之后再抽真空和通氩气，保持十分钟，混合粉末蒸汽在衬底上结晶，氧化形成纳米ZnMgO线材料。
我们对所得样品进行了一系列测试。XRD测试结果(见图2)，显示所得的样品是MgO立方结构，且沿c轴取向。EDX测试结果(见图3)，表明样品只含有Zn，Mg与O元素，经计算，样品组分为Zn0.12Mg0.88O；场发射扫描电子显微镜(FESEM)照片显示典型的纳米线形貌，直径为100纳米左右(图4所示)；高分辨透射电子显微镜照片(见图5)显示所得Zn0.12Mg0.88O纳米线是单晶，进一步证明沿c轴取向。
实例2：
取0.850g(0.01307摩尔)，纯度为99.999％的Zn粉和0.0689g(0.0028摩尔)，纯度为99％的Mg粉，充分混合。将混合粉末放入上述石英玻璃反应器中，在反应器内距离粉末1.5cm处放置一片的硅片，将反应器放入温度为600℃的管式加热炉中，反应器的小孔对着真空泵抽气的方向。加热炉抽真空并保持在10Pa。同时向炉中通入纯度为99％的氩气，两分钟后停止抽真空和通氩气，通入空气，保持一分钟，之后再抽真空和通氩气，保持十分钟，混合粉末蒸汽在衬底上结晶，氧化形成纳米ZnMgO线材料。
我们对所得样品也进行了测试，结果显示所得的样品是MgO立方结构，且沿c轴取向，EDX测试结果表明样品只含有Zn，Mg与O元素，经计算，样品组分为Zn0.09Mg0.91O，场发射扫描电子显微镜(FESEM)照片显示典型的纳米线形貌。
实例3：
取0.810g(0.0125摩尔)，纯度为99.999％的Zn粉和0.0748g(0.0031摩尔)，纯度为99％的Mg粉，充分混合。将混合粉末放入上述石英玻璃反应器中，在反应器内距离粉末1.5cm处放置一片的硅片，将反应器放入温度为800℃的管式加热炉中，反应器的小孔对着真空泵抽气的方向。加热炉抽真空并保持在10Pa。同时向炉中通入纯度为99％的氩气，两分钟后停止抽真空和通氩气，通入空气，保持一分钟，之后再抽真空和通氩气，保持十分钟，混合粉末蒸汽在硅片上结晶，氧化形成纳米ZnMgO线材料。
我们对所得样品也进行了测试，结果显示所得的样品是MgO立方结构，且沿c轴取向，EDX测试结果表明样品只含有Zn，Mg与O元素，经计算，样品组分为Zn0.05Mg0.95O，场发射扫描电子显微镜(FESEM)照片显示典型的纳米线形貌。

Claims (2)

1.立方相纳米ZnMgO线材料，其特征在于该材料具有c轴取向，它的组分及其摩尔百分比含量为：
Zn  5～12
Mg  88～95
上述组分含量之和为100％，(Zn+Mg)与O的摩尔数之比为1∶1。
2.根据权利要求1所述的立方相纳米ZnMgO线材料的制备方法，其特征在于包括以下的步骤：
1)按比例取纯Zn和纯Mg粉末，经充分混合后放入端部有小孔的半封闭石英玻璃反应器中，在反应器内相隔混合粉末一段距离处放置一片衬底，所说的衬底是硅片、石英片或蓝宝石；
2)将反应器放入温度为600～850℃的管式加热炉中，加热炉抽真空并保持在10～20Pa，同时向炉中通入纯度为99％的氩气，两分钟后停止抽真空和通氩气，通入空气，保持一分钟，之后再抽真空和通氩气，保持十分钟，气体流量维持在10-50sccm，将混合粉末蒸汽在衬底上结晶，经氧化形成立方相纳米ZnMgO线材料。
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