GaN@SiO₂微米材料的制备方法

专利名称：GaN@SiO₂微米材料的制备方法
技术领域：
本发明属于发光材料制备技术领域，涉及GaNOSiA微米材料的制备方法。
背景技术：
随着半导体产业的发展，以GaN为代表的III-V族氮化物等宽禁带半导体材料以 其特有的能带结构、稳定的物理化学性质受到普遍重视。室温下GaN有特殊的光电子学特 性，是制备短波长光电子学器件的最佳材料之一。同时由于GaN的宽禁带、高击穿电场、高 电子饱和速率及在异质结构里的高电子密度，也被认为是理想的耐高温、大功率电子器件 材料。目前，氮化镓基光电器件的应用领域有发光二级管、激光器、电子场效应晶体管、异质 结双极晶体管、探测器等。利用金属镓和流动的氨气在高温下直接反应而获得GaN纳米线，纳米线的径向尺 寸强烈依赖于反应温度和氨气流速，在更高的温度和更快的气流条件下生长的纳米线具 有更大的直径。进一步研究证实，纳米线适宜的生长温度在825°C _925°C之间，温度高于 925°C则有利于生成六方盘状的GaN晶体，而低于825°C则很难形成结晶良好的GaN产物。目前，有关氮化镓纳米或微米材料的报道，主要侧重于合成形貌和生长机理等方 面的研究，而对所制备的氮化镓纳米或微米材料在室温下的稳定性并没有讨论，然而，大量 的实验数据表明GaN材料在室温下放置一段时间会全部水解为GaOOH。氮化镓材料在室温 下的稳定性直接影响到氮化镓基材料的工业应用，所以对氮化镓材料在室温下稳定性的改 进是极其有必要的。

发明内容
发明人在科研过程中，发现GaN材料长期暴露在空气中存在易被水解的缺陷。经 过全面仔细的调研发现，目前还没有有关本发明的报道，本发明所要解决的技术问题是提 供一种能够使GaN材料在室温下能够抗水解的GaNOSiA微米材料的制备方法。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是该GaNIgSiO2微米材料的制备方 法采用以下步骤l.GaOOH微米材料的制备在N，N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的混合溶液中加入 (^aCl3和PVP粉末试剂，然后在搅拌下溶解，将此溶液转移到聚四氟乙烯的低温釜中，密封后 升温至160°C _200°C，保温不少于12小时，得到GaOOH微米材料；2. GaN微米材料的制备将上述方法制备的(iaOOH粉末置于石英舟中，再水平放置 于管式石英炉中，加热前先通NH3 20分钟，然后以10°C/min的速率升温到800°C，恒温100 分钟，之后在NH3气氛下自然冷却到室温，即得到GaN微米材料；3. GaNiSiO2微米材料的制备将上述方法制备的GaN微米粉末加入到异丙醇和蒸 馏水的混合溶液中，在超声波的条件下形成悬浊液，在搅拌的条件下，加入氨水来调节PH 值，然后慢慢滴加少量的TEOS溶液，搅拌6小时后过滤洗涤，便可得到GaNOSiA微米材料。在上述的制备方法中，所述N，N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的混合溶液中混合比例为5 4 ；所述异丙醇和蒸馏水的混合溶液中混合比例为10 1。本发明首先采用溶剂热的方法合成了尺度均一、产率高的feOOH微米结构，然后 采用简单易操作的氨化法制备了 GaN微米结构，而且这步反应很好地保持了前躯体GaOOH 的形貌，最后在室温下采用简单水解的原理，制备了 GaNlgSiO2微米材料。SiO2的包覆钝化了 GaN微米材料的表面活性，改善了 GaN微米材料在室温下易被水解的缺点，而且SW2的包覆 没有改变GaN微米材料的荧光发光峰的位置。GaNOSih微米材料在室温下较稳定，很难被 水解，这一发明拓展了 GaN基材料在发光二级管、激光器、电子场效应晶体管、异质结双极 晶体管、探测器等方面的应用。本发明反应设备和工艺简单易操作，适合于工业化生产及应 用。


图1是实施例1制备产物GaN的XRD图；图2是实施例1产物的GaN的FESEM图；图3是实施例1产物的GaNOSW2的TEM图；图4是实施例1中产物feiNlgSiA和GaN的PL图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例，进一步说明本发明GaNOSiA微米材料的制备方法。实施例1本发明GaNOSiA微米材料的制备方法采用以下步骤1.菱形feiOOH微米材料的制备在25mL N, N- 二甲基甲酰胺和20mL蒸馏水的混 合溶液中加入0. 88g GaCl3和0. 8g PVP (K-30)粉末试剂，在搅拌下溶解，将此溶液转移到 50mL的聚四氟乙烯的低温釜中，密封后升温至180°C，保温15小时，得到菱形GaOOH微米材 料；2.菱形GaN微米材料的制备将0. 5g上述方法制备的GaOOH粉末置于石英舟中， 再水平放置于管式石英炉中，加热前先通NH3 20分钟，然后在NH3气氛下以10°C/min的速 率升温到800°C，恒温100分钟，之后在NH3气氛下自然冷却到室温，即得到菱形GaN微米材 料；3.菱形GaNOSiA微米材料的制备将0. 4g的上述方法制备的GaN微米粉末加入 SOmL异丙醇和SmL蒸馏水的混合溶液中，在超声波的条件下形成悬浊液，然后在搅拌的条 件下，加入3. 5mL氨水，然后在6小时内慢慢滴加0. 6mL TEOS和IOmL异丙醇混合溶液，得 到菱形GaNOSiO2微米材料。图1给出了本实施例1产物GaN的XRD图，由图1可见三强峰位置分别在 32.49° ,34. 7°、37.0°，分别对应于GaN的(100)、(002)、(101)面，显示产物为六方相 的GaN ；由产物的场发射扫描像图2可以看出产物GaN是均勻的菱形结构，长度大约为 3-5 μ m ；透射电镜像图3显示了 GaNOSih的微结构，表明S^2均勻的包覆在菱形GaN的表 面；图4给出了 GaN和GaNOSiA微米材料的PL光谱，通过分析得出SW2的包覆没有改变 GaN微米材料PL峰的峰位。实施例2
本发明GaNOSiA微米材料的制备方法采用以下步骤1.棒形feiOOH微米材料的制备在25mL N, N- 二甲基甲酰胺和20mL蒸馏水的混 合溶液中加入的0. 88g GaCljP 1. OgPVP粉末试剂，在搅拌下溶解，将此溶液转移到50mL的 聚四氟乙烯的低温釜中，密封后升温至180°C，保温M小时，得到棒形GaOOH微米材料；2.棒形GaN微米材料的制备将0. 5g上述方法制备的GaOOH粉末置于石英舟中， 再水平放置于管式石英炉中，加热前先通NH3 20分钟，然后在NH3气氛下以10°C/min的速 率升温到800°C，恒温100分钟，之后在NH3气氛下自然冷却到室温，即得到棒形GaN微米材 料；3.棒形GaNOSiA微米材料的制备将0. 4g的上述方法制备的GaN微米粉末加入 SOmL异丙醇和SmL蒸馏水的混合溶液中，在超声波的条件下形成悬浊液，然后在搅拌的条 件下，加入3. 5mL氨水，然后在6小时内慢慢滴加0. 6mL TEOS和IOmL异丙醇混合溶液，得 到棒形GaNOSiO2微米材料。
权利要求
1.一种GaNOSiA材料的制备方法，其特征是采用以下步骤(1).GaOOH微米材料的制备在N，N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的混合溶液中加入(^aCl3 和PVP粉末试剂，然后在搅拌下溶解，将此溶液转移到聚四氟乙烯的低温釜中，密封后升温 至160°C _200°C，保温不少于12小时，得到GaOOH微米材料；(2).GaN微米材料的制备将上述方法制备的GaOOH粉末置于石英舟中，再水平放置于 管式石英炉中，加热前先通NH320分钟，然后以10°C /min的速率升温到800°C，恒温100分 钟，之后在NH3气氛下自然冷却到室温，即得到GaN微米材料；(3).GaNiSiO2微米材料的制备将上述方法制备的GaN微米粉末加入到异丙醇和蒸馏 水的混合溶液中，在超声波的条件下形成悬浊液，在搅拌的条件下，加入氨水来调节PH值， 然后慢慢滴加少量的TEOS溶液，搅拌6小时后过滤洗涤，便可得到GaNOSiA微米材料。
2.如权利要求1的GaNlgSiO2材料的制备方法，其特征是所述N，N-二甲基甲酰胺和蒸 馏水的混合溶液中混合比例为5 4。
3.如权利要求1的GaNlgSiO2M料的制备方法，其特征是所述异丙醇和蒸馏水的混合溶 液中混合比例为10 1。
全文摘要
本发明属于发光材料制备技术领域，提出了一种GaN@SiO2微米材料的制备方法，该材料主要用于防止GaN材料的水解，本发明采用的制备步骤是GaOOH微米材料的制备-GaN微米材料的制备-GaN@SiO2微米材料的制备，本发明GaN@SiO2微米材料在室温下较稳定，SiO2的包覆钝化了GaN材料的表面活性，改善了GaN材料在室温下易被水解的缺点，这一发明拓展了GaN基材料在发光二级管、激光器、电子场效应晶体管、异质结双极晶体管、探测器等方面的应用，本发明反应设备和工艺简单易操作，适合于工业化生产及应用。
文档编号C09K11/62GK102134484SQ201010561669
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者孙红先, 鲍克燕 申请人:鲍克燕