SiO2壳限域下Ⅲ族氮化物纳米晶的气液联合制备及其光学性能研究

如何实现Ⅲ族氮化物纳米晶尺寸、成份及结构的调控一直是半导体纳米晶合成领域的研究热点之一。针对气相法制备纳米晶易团聚且形貌及尺寸不均匀，液相法缺乏高反应活性的氮源，本课题提出一种SiO2壳限域下气液联合的新型合成途径：采用液相法制备Ⅲ族氧化物纳米晶作为前驱体（以克服均匀性问题），然后在SiO2壳限域下（以克服团聚问题）将其气相氮化为Ⅲ族氮化物纳米晶（以克服直接液相氮化的困难）。通过优化反应时间、温度、前驱体中Ⅲ族金属比例以及SiO2壳层厚度等条件来实现对Ⅲ族氮化物纳米晶尺寸、成份及晶体结构的有效调控。并对其生长机理、纳米晶表面、尺寸、成份及晶体结构对其光学性能的影响规律展开系统研究。最终实现Ⅲ族氮化物纳米晶的可控制备，有望为下一步制备Ⅲ族氮化物核/壳纳米晶、实现其能带结构的裁剪奠定基础，对制备其它纳米材料具有借鉴意义；同时有望实现光学性能调控，促进其在生物荧光探测及光电器件等方面的应用。

Ⅲ族氮化物具有优异的光电性能，在半导体家族中占据重要的地位。如何实现Ⅲ族氮化物纳米晶尺寸、成份及结构的调控一直是半导体纳米晶领域的研究热点之一。针对气相法制备纳米晶易团聚且形貌及尺寸不均匀，液相法缺乏高反应活性的氮源，本课题提出一种SiO2壳限域下气液联合的新型合成途径：采用液相法制备Ⅲ族氧化物纳米晶作为前驱体，然后在SiO2壳限域下将其气相氮化为Ⅲ族氮化物纳米晶。采用该合成方法我们已经成功实现了形貌、尺寸均匀、结晶度高的InN纳米晶，并首次观测到其室温红外荧光发射。同时我们发现SiO2壳限域不仅有利于控制氮化物纳米晶形貌、尺寸的均匀性，同时可以调控其相结构。通过对氧化物纳米晶包覆不同厚度的SiO2壳层，实现了InN纳米晶从立方相向六方相转变。并通过同步辐射原位加压XRD与第一原理模拟分析相结合对相变机理进行了研究，揭示了Ⅲ族金属氧化物纳米晶在包覆SiO2后氮化生成氮化物纳米晶的相变机理。本研究结果不仅丰富了目前以Ⅱ-Ⅵ族为主的半导体纳米晶家族，同时大大促进了Ⅲ族氮化物纳米晶在光电、生物等领域的应用。