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)

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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(yáng)電池、熱紅外探測(cè)、光電導(dǎo)探測(cè)器、薄膜場(chǎng)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(jiǎn)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(guò)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(yáng)能電池、場(chǎng)致發(fā)光器件、微光調(diào)節(jié)器、y射線探測(cè)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(yáng)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(guò)太陽(yáng)能電池這個(gè)裝置，從而利用好再生的太陽(yáng)能[3]。薄膜場(chǎng)致發(fā)光顯示器利用ZnS作場(chǎng)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(chǎng)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(cè)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(lái)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(jiǎn)單，原材料常見，所以是最常用的一種方法。液相法制備過(guò)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(jiǎn)便的一種方法，通過(guò)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(guò)程中還可通過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)程，優(yōu)點(diǎn)是常溫、操作簡(jiǎn)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(guò)物理變化后變?yōu)闅庀?，根?jù)氣相轉(zhuǎn)變和反應(yīng)過(guò)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(yáng)極和陰極，電流通過(guò)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(lái)，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(jiǎn)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(cè)器、光電器件應(yīng)用廣泛，也為將來(lái)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(cè)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(yáng).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(wú)機(jī)化學(xué)專業(yè)，研究方向：無(wú)機(jī)功能材料。

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1671-1602(2016)18-0016-01