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        II-VI族化合物半導(dǎo)體理論研究進(jìn)展

        2016-02-26 00:04:40孫燕劉蘇王月影
        西部皮革 2016年18期
        關(guān)鍵詞:氣相半導(dǎo)體研究進(jìn)展

        孫燕,劉蘇,王月影

        (云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,云南 昆明 650500)

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        II-VI族化合物半導(dǎo)體理論研究進(jìn)展

        孫燕,劉蘇,王月影

        (云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,云南 昆明 650500)

        II-VI族化合物半導(dǎo)體在發(fā)光材料、太陽電池、熱紅外探測、光電導(dǎo)探測器、薄膜場致發(fā)光顯示器、光電子器和生物醫(yī)學(xué)方面等方面具有廣泛的應(yīng)用。本文簡單介紹了II-VI族化合物半導(dǎo)體的概念、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制備方法、研究進(jìn)展等方面進(jìn)行了闡述,并對(duì)它的發(fā)展前景做出了展望。

        II-VI族;制備;半導(dǎo)體

        II-VI族化合物半導(dǎo)體是元素周期表中II-B族元素Zn,Cd,Hg和VI-A族元素S,Se,Te結(jié)合生成的新的半導(dǎo)體化合物,有ZnS,ZnSe,ZnTe,CdS,CdSe,CdTe,HgS,HgSe,HgTe 9種化合物,不過也有人將II-A族元素和VI-A族元素組成的化合物稱為II-VI族化合物。II-VI族化合物半導(dǎo)體在激光、紅外、固體發(fā)光方面做出了巨大貢獻(xiàn)[1]。

        1 II-VI族化合物半導(dǎo)體的作用

        II-VI族化合物半導(dǎo)體中ZnSe,CdTe,ZnTe和HgSe為閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu),而ZnS,CdS,HgS,CdSe為閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu)和鉛鋅礦晶體結(jié)構(gòu)。由于禁帶比較寬,所以是直接躍遷型,因而在太陽能電池、場致發(fā)光器件、微光調(diào)節(jié)器、y射線探測器等方面取得了巨大的成功[2]。

        2 II-VI族化合物半導(dǎo)體的研究意義

        太陽能電池是讓光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置,利用II-VI族化合物半導(dǎo)體制成催化劑,通過太陽能電池這個(gè)裝置,從而利用好再生的太陽能[3]。薄膜場致發(fā)光顯示器利用ZnS作場致發(fā)光材料,加入銅、錳、鉛等元素在ZnS粉體,再添加氯、鉬,然后燒結(jié)而成。硫化鋅場致發(fā)光片制作的圖形可以使廣告牌畫面疊加閃動(dòng),還可以制作隱形壁畫,在紫光燈照射下富有很強(qiáng)的立體感。硫化鋅制成的光晶體材料具有極強(qiáng)的透明度,從可見光到紅外線的范圍內(nèi)都可以應(yīng)用,所以即使在煙霧中,還可以讓人們清楚地進(jìn)行觀察,并且硫化鋅材料制作的閃爍器測量某些射線的表面污染情況[4]。硫化鎘在光敏電阻器、光電池等應(yīng)用較多,硒化鎘在當(dāng)代主要用于制作光敏電阻器。

        3 II-VI族半導(dǎo)體制備方法

        II-VI族納米材料的制備方法有很多,按反應(yīng)環(huán)境可分液相法、氣相法和固相法;按性質(zhì)可分為來物理方法和化學(xué)方法,物理方法主要有氣體冷凝法,分子束外延法,機(jī)械球磨法等,化學(xué)方法一般有氣相沉淀法,溶膠-凝膠法,水熱法/溶劑熱法等。

        3.1液相法所需設(shè)備簡單,原材料常見,所以是最常用的一種方法。液相法制備過程中往往伴隨有化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生,所以液相法是在化學(xué)溶液中又分為水熱法、溶劑熱法、化學(xué)沉淀法、溶膠凝膠法?;瘜W(xué)沉淀法是簡便的一種方法,通過加入不同的化學(xué)試劑和沉淀劑在溶液里混合,即可得到前軀體沉淀物,烘干后就可得到產(chǎn)物。在反應(yīng)過程中還可通過控制PH值、溫度和時(shí)間,得到非常好的形貌和厚度。水熱法通常為難溶的物質(zhì),由于溶液存在溫差形成對(duì)流,從而析出晶體的,當(dāng)在一定溫度下,加入試劑,來控制納米材料的形貌。由于難以控制,所以一般不常見。溶劑熱合成法的優(yōu)點(diǎn)是水被有機(jī)溶劑代替,在合成過程中可以有效地防止產(chǎn)物水解或者氧化,形成非常好看的晶體材料。電化學(xué)沉積法是氧化還原的過程,優(yōu)點(diǎn)是常溫、操作簡單、成本低廉,但所需的PH值較高。

        3.2氣相法是原材料本身就是氣相或者通過物理變化后變?yōu)闅庀啵鶕?jù)氣相轉(zhuǎn)變和反應(yīng)過程的不同,可分成激光燒蝕法、熱蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法、分子束外延法、原子層沉積法、噴霧熱分解法等。熱氣相沉積法是產(chǎn)物在高溫下汽化,到達(dá)基底和貴金屬反應(yīng)生成納米結(jié)構(gòu):原子層沉積法是逐層沉積的方法,這種方法比較常見;真空蒸鍍法在工業(yè)上應(yīng)用較多,產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,延展性好。

        3.3氣體冷凝法是將產(chǎn)物在蒸汽室變?yōu)殪F相,然后通入惰性氣體與之相撞后,等到凝聚后,就可形成納米顆粒聚集,氣體冷凝法的特點(diǎn)是控制蒸發(fā)速率、加入所需的惰性氣體,能形成較好的形貌。濺射法必須有陽極和陰極,電流通過時(shí)就能產(chǎn)生氬離子,再與陰極撞擊,就能形成超微粒子,就會(huì)附著陰極面上沉積下來,粒子的形貌和電壓、電流有關(guān),此方法容易操作。球磨法需要采用微小顆粒粉碎設(shè)備,球磨法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量大、流程簡單等優(yōu)點(diǎn),但雜質(zhì)較多。

        4 總結(jié)與展望

        II-VI族化合物半導(dǎo)體在周期表中兩者之間距離比III-V的遠(yuǎn),電負(fù)性差值較III-V大,離子鍵成分比III-V的大,所以具有很高的蒸氣壓和非常高的熔點(diǎn),導(dǎo)致了II-VI族化合物單晶制備較困難,這也是需要攻克的難題之一[5]。由于II-VI族化合物半導(dǎo)體獨(dú)特的結(jié)構(gòu),也使得在目前的光電導(dǎo)探測器、光電器件應(yīng)用廣泛,也為將來的醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等方面做出了巨大貢獻(xiàn)。

        [1]傅英,徐文蘭,陸衛(wèi).半導(dǎo)體量子電子和光電子器件[J].物理學(xué)進(jìn)展,2001,21(3):255-277.

        [2]謝海燕,龐代文.Ⅱ-Ⅵ型量子點(diǎn)制備及其在生物檢測中應(yīng)用研究進(jìn)展.分析化學(xué),2004.32(8):l099-l103.

        [3]Sun Y.M.,et al.Inverted Polymer Solar Cells Integrated with a Low-Temperature-Annealed Sol-Gel-Derived ZnO Film as an Electron Transport Layer[J].Adv.Mater.2011,23,1679-1683.

        [4]Jiang X.X.,et al.Template-free synthesis of vertically aligned CdS nanorods and its application in hybrid solar cells[J].Sol.Energy Mater.Sol.Cells 2010,94,338-344.

        [5]李臣陽.Ⅱ-Ⅵ族量子點(diǎn)的溶劑熱合成及性能研究[D].北京:北京化工大學(xué),2009.

        孫燕(1993—),女,漢族,云南曲靖人,碩士,云南師范大學(xué),無機(jī)化學(xué)專業(yè),研究方向:無機(jī)功能材料。

        TN304

        A

        1671-1602(2016)18-0016-01

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