[发明专利]InN、GaN及AIN低维纳米结构材料的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体III族氮化物纳米结构的合成方法，尤其涉及一种制备大批量高质量InN、GaN及AlN低维纳米结构材料的方法。

背景技术

近期研究结果表明纤锌矿结构的InN室温禁带宽度为0.7ev，而不是以前一直被广泛应用的1.89ev。根据InN的这个禁带宽度，III族氮化物基的光电子器件的发光波段范围将从紫外拓展到近红外。基于这个优势，III族氮化物体系的一个重要潜在应用就是制备完全基于氮化物的高光电转换效率太阳电池。对于In_1-xGa_xN一种三元合金，通过改变In与Ga的比例便可获得由0.7eV到3.4eV这种区域中各种不同能带宽度，这个能量范围几乎覆盖整个太阳光谱(0.4～4eV)。

氮化铝是另一重要的III族氮化物半导体，其带宽大，化学性能稳定，与硅和其它III族氮化物半导体相容性好，并且拥有优越的场发射性能，目前报导固体氮化铝可以构造成具有发射波长在210nm的LED，因此，氮化铝是极具前景的新型光电功能材料。

当前国际报道大都采用MBE、MOVPE以及CVD等方法合成III族氮化物纳米材料，虽然采用这些方法合成的纳米结构具有完整的形貌结构和优良的光电性质，但是不可避免的需要价格昂贵的生长设备以及在材料生长过程中也需要腐蚀性或者一定毒性气源参与反应。

此外，国内外还未见报导在离子液体中合成低成本、高质量、面向太阳能电池应用的III族氮化物纳米结构。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种InN、GaN及AlN低维纳米结构材料的合成方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

InN、GaN及AlN低维纳米结构材料的合成方法，特点是：在离子液体中，加入氮源及相应的铟源、镓源、铝源，在温度180～400℃下反应10h以上，过滤，有机溶剂洗涤、干燥，相应的获得InN、GaN、AlN低维纳米结构材料。

进一步地，上述的InN、GaN及AlN低维纳米结构材料的合成方法，所述离子液体采用甲基丁基咪唑氯、或甲基丁基咪唑四氟硼酸盐、或甲基丁基咪唑六氟膦酸盐等咪唑类离子液体(甲基丁基咪唑氯、或甲基丁基咪唑四氟硼酸盐、或甲基丁基咪唑六氟膦酸盐)、或吡啶类离子液体(N-丁基吡啶四氟硼酸盐、或乙基吡啶溴)。

更进一步地，上述的InN、GaN及AlN低维纳米结构材料的合成方法，所述氮源采用1，1，1，3，3，3-六甲基二硅氮烷(HMDS)、或氮化锂、或九甲基三硅胺(Tris(trimethylsily)amine)。

更进一步地，上述的InN、GaN及AlN低维纳米结构材料的合成方法，所述铟源采用醋酸铟、或乙二胺四乙酸铟络合物(In-EDTA)、或氯化铟。

再进一步地，上述的InN、GaN及AlN低维纳米结构材料的合成方法，所述镓源为乙酰丙酮镓、或氯化镓、或醋酸镓。

再进一步地，上述的InN、GaN及AlN低维纳米结构材料的合成方法，所述铝源为醋酸铝、或氯化铝、或铝粉。

再进一步地，上述的InN、GaN及AlN低维纳米结构材料的合成方法，有机溶剂为无水乙醇。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明在离子液体中、低成本合成高质量的InN、GaN以及AlN低维纳米结构材料，所采用的离子液体具有低熔点、非挥发性、良好导热性和高热稳定性、选择性溶解力及可设计性等优点；反应和处理过程对环境友好。通过改变离子液体中不同的阴离子可以调控合成尺寸大小不同的纳米结构材料。在离子液体中合成的纳米结构材料具有均一的形貌结构，可以用于构造太阳电池的材料。整个合成过程简单，成本低廉、合成过程高效，所合成的InN、GaN以及AlN纳米结构质量非常高，便于工业化大规模生产，堪称具有新颖性、创造性、实用性的好技术。

具体实施方式

本发明主要面向高效率太阳电池和发光二极管LED，提供在离子液体合成高质量InN、GaN以及AlN纳米结构材料的方法。