一种核壳结构Ga2O3/In2O3纳米晶粒及其制备方法与流程

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种核壳结构ga2o3/in2o3纳米晶粒及其制备方法。

背景技术：

随着人类社会对信息量需求的不断增加，微电子技术正向它的“极限”挑战，因而基于低维材料的量子力学效应的纳米电子学、光电子学、量子计算和量子通信等正受到广泛的重视，低维材料以成为当前材料学研究的热点之一。

低维材料通指材料的线度比电子的德布罗意波长或电子的平均自由程短的材料，即电子在运动时受到了限制，常常包括三维体材料之外的二维、一维和零维材料，其具有广阔的应用潜力，可能应用于包括基于纳米线的场效应晶体管(nw-fet)在内的器件，气体传感器，太阳能盲光电探测器等。众所周知，在纳米结构上制备气体传感器等器件，由于表面体积比高，在灵敏度和响应时间上都有很大的优势。

ga2o3是一种禁带宽度在4.7～4.9ev的宽禁带半导体氧化物，具有良好的热稳定性和化学稳定性，在大功率，高电压和高电流密度的设备上具有良好的应用前景，此外在电子纳米/微器件、透明导电氧化物、紫外和气体传感器的光学发射体等光电领域也有着广阔的应用前景。

in2o3是一种新的n型透明半导体功能材料，具有较宽的禁带宽度3.55～3.75ev、较小的电阻率和较高的催化活性，在光电领域、气体传感器、催化剂方面得到了广泛应用，将ga2o3和in2o3掺杂在一起，制备出一种融合各自的优点，且性能优异的新材料是本发明的主要内容。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种核壳结构ga2o3/in2o3纳米晶粒及其制备方法，效率高、成本低、产品收率高，制备所得到的ga2o3/in2o3纳米晶粒具有的核壳结构，提高了迁移率且降低漏电。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种核壳结构ga2o3/in2o3纳米晶粒，所述ga2o3/in2o3纳米晶粒具有核壳结构，所述核壳结构是以ga2o3为核，in2o3为壳。

此外本发明还公开了上述一种核壳结构ga2o3/in2o3纳米晶粒的制备方法。包括以下步骤：

预处理：将硅衬底依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗后，以氮气吹干，备用；

混合金属制备：分别称取金属镓与金属铟，混合后，加热至40℃搅拌融合，冷却后研磨均匀，得到混合金属粉末；

ga2o3/in2o3纳米晶粒制备：将所述混合金属粉末放置在石英舟内，将经预处理后的硅衬底放置在所述石英舟内混合金属粉末正上方位置，然后将石英舟置于真空管式炉的石英管中心，盖上密闭盖，抽真空后通入氩气，以6～12℃/min的速率升温至第一阶段温度后，通入保护气体，保温1h后，继续按6～12℃/min的速率升温至第二阶段温度，保温1h反应完成，随炉冷却后取出石英舟，将所得产物经去离子水洗涤后置于60℃的烘箱中烘干，得到核壳结构ga2o3/in2o3纳米晶粒。

进一步，所述金属镓与金属铟的摩尔比为7:3。

进一步，所述硅衬底与混合金属粉末之间的距离为1～1.5cm。

进一步，所述混合气体为氩气和氧气的混合气体。

进一步，所述混合气体的制备方法如下：将氩气以90sccm的通入速度通入混气设备中，同时将氧气以70～80sccm的通入速度通入混气设备中，经过混气设备混合之后得到混合气体。

进一步，所述第一阶段的温度为850～950℃。

进一步，所述第二阶段的温度为1050～1150℃。

本发明的有益效果：

本发明的一种核壳结构ga2o3/in2o3纳米晶粒的制备方法，效率高、成本低、产品收率高，由于未使用金属催化剂等材料，防止了掺杂的金属对样品的光电性能干扰，制备所得到的ga2o3/in2o3纳米晶粒，形貌统一稳定，适用性强，相对于单一材料来说，其具有的核壳结构，提高了迁移率且降低漏电，同时由于in和ga为同族元素，掺杂过程中可以忽略电荷平衡问题，ga具有较大的ga-o键离解能，其原子尺寸与in相似，从而使其晶格结构和电荷输运性质几乎不受影响。

附图说明

图1为本发明实施例一所制备的ga2o3/in2o3纳米晶粒的eds扫描测试图；

图2为本发明实施例一所制备的ga2o3/in2o3纳米晶粒的eds测试样品结构组分的谱图；

图3为本发明实施例一所制备的ga2o3/in2o3纳米晶粒的xrd图谱；

图4为本发明实施例一所制备的ga2o3/in2o3纳米晶粒的低倍率扫描电镜图；

图5为本发明实施例一所制备的ga2o3/in2o3纳米晶粒的高倍率扫描电镜图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：

本发明的一种核壳结构ga2o3/in2o3纳米晶粒，以ga2o3为核，in2o3为壳。

本发明的一种核壳结构ga2o3/in2o3纳米晶粒的制备方法，包括以下步骤：

实施例一

预处理：将硅衬底依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗后，以氮气吹干，备用；

混合金属制备：按金属镓与金属铟的摩尔比为7:3分别称取金属镓与金属铟，其中金属稼与金属铟的总质量为400mg，混合后，加热至40℃搅拌融合，冷却后研磨均匀，得到混合金属粉末；

ga2o3/in2o3纳米晶粒制备：将所述混合金属粉末放置在石英舟内，将经处理后的硅衬底放置在所述石英舟内混合金属粉末正上方位置，硅衬底与混合金属粉末之间的距离为1cm，然后将石英舟置于真空管式炉的石英管中心，盖上密闭盖，抽真空后通入氩气，以6℃/min的速率升温至850℃，通入混合气体，保温1h后，继续按6℃/min的速率升温至1150℃，保温1h反应完成，随炉冷却后取出石英舟，将所得产物经去离子水洗涤后置于60℃的烘箱中烘干，得到核壳结构ga2o3/in2o3纳米晶粒。其中混合气体通过将氩气以90sccm的通入速度通入混气设备中，同时将氧气以70sccm的通入速度通入混气设备中，经混合后所得。

对制备所得到的产物进行eds扫描检测，并使用eds测试样品的结构组分，如图1、图2所示，可以看出制备所得的产品为核壳结构，且in2o3对ga2o3基本包裹覆盖完全。

对制备所得到的产物进行xrd测试，测得图谱如图3所示，与卡片号jcpds-icddpdfno.06-0416对比可知峰值位置吻合，表明壳层氧化铟结晶性良好。

实施例二

预处理：将硅衬底依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗后，以氮气吹干，备用；

混合金属制备：按金属镓与金属铟的摩尔比为7:3分别称取金属镓与金属铟，其中金属稼与金属铟的总质量为500mg，混合后，加热至40℃搅拌融合，冷却后研磨均匀，得到混合金属粉末；

ga2o3/in2o3纳米晶粒制备：将所述混合金属粉末放置在石英舟内，将经处理后的硅衬底放置在所述石英舟内混合金属粉末正上方位置，硅衬底与混合金属粉末之间的距离为1.5cm，然后将石英舟置于真空管式炉的石英管中心，盖上密闭盖，抽真空后通入氩气，以9℃/min的速率升温至900℃，通入混合气体，保温1h后，继续按9℃/min的速率升温至1050℃，保温1h反应完成，随炉冷却后取出石英舟，将所得产物经去离子水洗涤后置于60℃的烘箱中烘干，得到核壳结构ga2o3/in2o3纳米晶粒。其中混合气体通过将氩气以90sccm的通入速度通入混气设备中，同时将氧气以75sccm的通入速度通入混气设备中，经混合后所得。

实施例三

预处理：将硅衬底依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗后，以氮气吹干，备用；

混合金属制备：按金属镓与金属铟的摩尔比为7:3分别称取金属镓与金属铟，其中金属稼与金属铟的总质量为600mg，混合后，加热至40℃搅拌融合，冷却后研磨均匀，得到混合金属粉末；

ga2o3/in2o3纳米晶粒制备：将所述混合金属粉末放置在石英舟内，将经处理后的硅衬底放置在所述石英舟内混合金属粉末正上方位置，硅衬底与混合金属粉末之间的距离为1.2cm，然后将石英舟置于真空管式炉的石英管中心，盖上密闭盖，抽真空后通入氩气，以12℃/min的速率升温至950℃，通入混合气体，保温1h后，继续按12℃/min的速率升温至1100℃，保温1h反应完成，随炉冷却后取出石英舟，将所得产物经去离子水洗涤后置于60℃的烘箱中烘干，得到核壳结构ga2o3/in2o3纳米晶粒。其中混合气体通过将氩气以90sccm的通入速度通入混气设备中，同时将氧气以80sccm的通入速度通入混气设备中，经混合后所得。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。