CN113698932B - 一种强红外发光的Cu2O/SnO半导体复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强红外发光的Cu2O/SnO半导体复合材料，所述复合材料是将CuO粉末与SnS粉末按照摩尔比10:1～1.2充分混合后压片，然后在氮气气氛中800～950℃下退火5～15min获得。本发明使用SnO对Cu2O进行掺杂改性，可有效提高Cu2O光电性能，所得复合材料的光致发光强度最高可达到纯CuO退火后得到的Cu2O的533倍左右，同时具有光吸收系数高、化学性质稳定、自然储量丰富、制作成本低、合成条件不苛刻和温度窗口宽等优点，很适合大规模生产使用，有望成为光电性能材料领域的新型材料。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电材料技术领域，具体涉及一种具有强红外发光的 Cu2O/SnO半导体复合材料。
背景技术
半导体材料在光电子领域发挥着至关重要的作用。然而由于高性能单晶半导体材料制作成本高，限制了其大规模应用。非晶纳晶半导体材料由于简单的生产工艺以及低廉的制造成本，适合大规模应用。
氧化亚铜(Cu2O)是一种外观呈鲜红色粉末状固体过渡金属氧化物，属于立方晶系的p型半导体材料，地球资源丰富，毒性小。Cu2O光学带隙为2.1eV，拥有高的光吸收系数，具有比较好的光电性能。但是，Cu2O因其较高的熔点(1235℃)，使用磁控溅射法、凝胶法和水热法等方法制备的Cu2O半导体材料多为非晶和纳晶结构，缺陷多，载流子复合严重，严重限制了其光电应用。
发明内容
本发明的目的是克服Cu2O半导体材料存在的不足，提供一种具有强红外发光的Cu2O/SnO半导体复合材料。
针对上述目的，本发明采用的Cu2O/SnO半导体复合材料是将CuO粉末与SnS粉末按照摩尔比10:1～1.2充分混合后压片，然后在氮气气氛中800～950℃退火5～ 15min获得。
本发明采用的Cu2O/SnO半导体复合材料优选将CuO粉末与SnS粉末按照摩尔比10:1.0～1.2充分混合后压片，然后在氮气气氛中800～950℃退火5～15min获得。
上述压片是在10～15MPa的压力下保持8～10s，压制成厚度为0.8～1.2mm的圆片。
本发明的有益效果如下：
1、本发明将不同摩尔比的CuO与SnS进行混合，通过简单的研磨、机械压片、退火炉退火方法制备了一种Cu2O/SnO新型半导体复合材料。所得复合材料的红外光致发光强度最高可达到纯CuO退火后得到的Cu2O的533倍左右，说明使用SnO对 Cu2O进行掺杂改性，可有效提高Cu2O光电性能。此复合材料有望成为光电性能材料领域的新型材料。
2、本发明Cu2O/SnO半导体复合材料具有光吸收系数高、化学性质稳定、自然储量丰富、制作成本低、合成条件不苛刻和温度窗口宽等优点，很适合大规模生产使用。
附图说明
图1是实施例1制备的Cu2O/SnO半导体复合材料的X射线衍射(XRD)图谱。
图2是实施例1制备的Cu2O/SnO半导体复合材料的光致发光(PL)图谱。
图3是实施例2制备的Cu2O/SnO半导体复合材料的XRD图谱。
图4是实施例2制备的Cu2O/SnO半导体复合材料的PL图谱。
图5是实施例3制备的Cu2O/SnO半导体复合材料的XRD图谱。
图6是实施例3制备的Cu2O/SnO半导体复合材料的PL图谱。
图7是实施例4制备的Cu2O/SnO半导体复合材料的XRD图谱。
图8是实施例4制备的Cu2O/SnO半导体复合材料的PL图谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
将CuO粉末与SnS粉末按摩尔比为10:1进行充分研磨混合，然后使用压片机在13MPa压力下保持8～10s进行压片，制得厚度为0.8mm的样品。将所得样品置于石英玻璃上在氮气气氛中退火，退火温度为800℃，退火时间为10min，获得Cu2O/SnO 半导体复合材料。
对所得复合材料进行XRD和PL表征，结果见图1和图2。图1的XRD测试表明，所得复合材料中存在大量的Cu2O及新形成的SnO。图2的PL测试结果显示，纯CuO 退火后得到的Cu2O在450nm处存在光致发光，峰强较弱(约为1500)，摩尔比为 CuO:SnS＝10:1的样品退火后得到的Cu2O/SnO复合材料，在450nm处的光致发光峰明显增强，峰位移动至480nm处，同时在840nm出现一个强而窄的发光峰，强度约为22500。450nm处发光为氧化物缺陷光致发光，625nm处发光为Cu2O的带边发光， 840nm处发光为SnO掺杂进入Cu2O后杂质能级发光。本实施例所得Cu2O/SnO半导体复合材料的红外光致发光强度最高可达到纯CuO退火后得到的Cu2O的15倍左右。
实施例2
将CuO粉末与SnS粉末按摩尔比为10:1.2进行充分研磨混合，然后使用压片机在13MPa压力下保持8～10s进行压片，制得厚度为0.8mm的样品。将所得样品置于石英玻璃上在氮气气氛中退火，退火温度为900℃，退火时间为10min，获得Cu2O/SnO 半导体复合材料。
对所得复合材料进行XRD和PL表征，结果见图3和图4。图3的XRD测试表明，所得复合材料中存在大量的Cu2O及新形成的SnO。图4的PL测试结果显示，纯CuO 退火后得到的Cu2O在450nm处存在光致发光，强度较弱，强度约为1500，摩尔比为 CuO:SnS＝10:1.2的样品退火后得到的Cu2O/SnO复合材料，在450nm处的光致发光峰与纯CuO退火后得到的Cu2O发光强度基本相同，峰宽略有增加，同时在840nm处出现一个强而窄的发光峰，强度约为6000。450nm处发光为氧化物缺陷光致发光， 625nm处发光为Cu2O的带边发光，840nm处发光为SnO掺杂进入Cu2O后杂质能级发光。本实施例所得Cu2O/SnO半导体复合材料的红外光致发光强度最高可达到纯CuO 退火后得到的Cu2O的4.3倍左右。
实施例3
将CuO粉末与SnS粉末按摩尔比为10:1进行充分研磨混合，然后使用压片机在13MPa压力下保持8～10s进行压片，制得厚度为0.8mm的样品。将所得样品置于石英玻璃上在氮气气氛中退火，退火温度为900℃，退火时间为10min，获得Cu2O/SnO 半导体复合材料。
对所得复合材料进行XRD和PL表征，结果见图5和图6。图5的XRD测试表明，所得复合材料中存在大量的Cu2O及新形成的SnO。图6的PL测试结果显示，纯CuO 退火后得到的Cu2O在450nm处存在光致发光峰，峰强较弱(约为1500)，摩尔比为 CuO:SnS＝10:1的样品退火后得到的Cu2O/SnO复合材料，在450nm处的光致发光峰明显增强，峰位移动至480nm处，同时840nm出现一个强而窄的发光峰，强度约为 800000。450nm处发光为氧化物缺陷光致发光，625nm处发光为Cu2O的带边发光峰，840nm处发光为SnO掺杂进入Cu2O后的杂质能级发光。本实施例所得Cu2O/SnO半导体复合材料的红外光致发光强度最高可达到纯CuO退火后得到的Cu2O的533倍左右。
实施例4
将CuO粉末与SnS粉末按摩尔比为10:1.05进行充分研磨混合，然后使用压片机在13MPa压力下保持8～10s进行压片，制得厚度为0.8mm的样品。将所得样品置于石英玻璃上在氮气气氛中退火，退火温度为900℃，退火时间为10min，获得Cu2O/SnO 半导体复合材料。
对所得复合材料进行XRD和PL表征，结果见图7和图8。图7的XRD测试表明，所得复合材料中存在大量的Cu2O及新形成的SnO混合相。图8的PL测试结果显示，纯CuO退火后得到的Cu2O在450nm处存在光致发光峰，峰强较弱(约为1500)，摩尔比为CuO:SnS＝10:1.05的样品退火后得到的Cu2O/SnO复合材料，在450nm处的光致发光峰明显增强，峰位移动至480nm处，625nm处为Cu2O的带边发光峰几乎消失，同时840nm出现一个强而窄的发光峰，强度约为22500。450nm处发光为氧化物缺陷光致发光，840nm处发光为SnO掺杂进入Cu2O后的杂质能级发光峰。本实施例所得 Cu2O/SnO半导体复合材料的红外光致发光强度最高可达到纯CuO退火后得到的 Cu2O的15倍左右。
Claims (3)
1.一种强红外发光的Cu2O/SnO半导体复合材料，其特征在于：所述复合材料是将CuO粉末与SnS粉末按照摩尔比10:1～1.2充分混合后压片，然后在氮气气氛中800～900℃下退火5～15min获得。
2.根据权利要求1所述的强红外发光的Cu2O/SnO半导体复合材料，其特征在于：所述复合材料是将CuO粉末与SnS粉末按照摩尔比10:1.0充分混合后压片，然后在氮气气氛中900℃下退火10min获得。
3.根据权利要求1或2所述的强红外发光的Cu2O/SnO半导体复合材料，其特征在于：所述压片是在10～15MPa的压力下保持8～10s，压制成厚度为0.8～1.2mm的圆片。
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