背景及概述^[1-2]

氮化銦黑色粉末，溶于堿、濃硫酸，不溶于其它酸。由六氟合銦(Ⅲ)酸銨在氨氣流中加熱分解制得。在現(xiàn)有技術(shù)中，高質(zhì)量的氮化銦的生長(zhǎng)十分困難，原因在于，由于氮化銦具有較低的熱穩(wěn)定性，分解溫度低，通常在600℃，在生長(zhǎng)氮化銦的過(guò)程中，通常采用氨氣作為氮源，其分解溫度較高，通常為了使得氨氣分解產(chǎn)生所需要的氮?dú)?，需要將反?yīng)室加熱到1000℃左右，這與氮化銦的生長(zhǎng)相互矛盾，造成氮化銦生長(zhǎng)困難。

此外，由于氮化銦的生長(zhǎng)溫度窗口低且原子自由路程小，現(xiàn)有技術(shù)中常用的襯底均無(wú)法有效匹配，使得氮化銦在生長(zhǎng)過(guò)程中難以找到合適的最小表面能力的位置并且有效的沉積成核形成氮化銦晶體，進(jìn)一步加劇了氮化銦的生長(zhǎng)難度，因此需要一種新的單晶氮化銦的生長(zhǎng)方法，能夠克服上述困難，生長(zhǎng)高質(zhì)量的氮化銦晶體。

制備^[1]

方法1：一種單晶氮化銦的生長(zhǎng)方法，包括如下步驟：

步驟S1、提供一襯底，在所述襯底上沉積一層介電薄膜；

步驟S2、對(duì)所述介電薄膜進(jìn)行圖案化，得到均勻排列的多個(gè)介電凸臺(tái)；

步驟S3、提供一反應(yīng)室，將所述形成有介電凸臺(tái)的襯底放入反應(yīng)室中并將所述反應(yīng)室抽真空；

步驟S4、在所述介電凸臺(tái)及襯底上生長(zhǎng)緩沖層，在介電凸臺(tái)的阻擋下，所述緩沖層的橫向生長(zhǎng)與縱向生長(zhǎng)產(chǎn)生差異，使得所述緩沖層在每一個(gè)介電凸臺(tái)的上方對(duì)應(yīng)形成一個(gè)凹槽；

步驟S5、在所述緩沖層上生長(zhǎng)氮化銦，得到分別位于所述多個(gè)凹槽中的多個(gè)氮化銦柱，每一個(gè)凹槽中對(duì)應(yīng)形成一個(gè)氮化銦柱。

方法2：一種制備氮化銦納米材料的新方法，其特征在于：將含銦化合物、硫和氨基鈉加入高壓釜中，加熱至190-400℃，反應(yīng)時(shí)間為10-40小時(shí)，將產(chǎn)物洗滌，分離和干燥，即獲得氮化銦納米材料。反應(yīng)原理如下：

將1克三氧化二銦、1克升華硫和4克氨基鈉加入到一個(gè)20毫升的不銹鋼高壓釜中，封好后放入能夠程序升溫的電爐中，爐溫20分鐘內(nèi)從室溫升到190℃，然后在190℃下維持30小時(shí)后自然冷卻到室溫。高壓釜中的最終的產(chǎn)物包括黑色的沉積物和殘留的氣體。把粘在釜壁內(nèi)表面上的黑色沉積物收集起來(lái)用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌多次，過(guò)濾后得到的樣品，樣品分別在真空干燥箱中于50℃干燥4小時(shí)，最后收集起來(lái)用于表征。采用日本RigakuD/max-γA型X射線粉末衍射(XRD)儀對(duì)粉體進(jìn)行物相分析，CuKα石墨單色器，管壓和電流分別為40kV和20mA，掃描速度10.0°·min-1。

應(yīng)用^[1,3-5]

氮化銦(InN)發(fā)展成為新型的半導(dǎo)體功能材料，在所有Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體材料中，氮化銦具有良好的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)電學(xué)傳輸特性，它有的電子遷移率、的峰值速率、的飽和電子漂移速率、的尖峰速率和有最小的帶隙、最小的電子有效質(zhì)量等優(yōu)異的性質(zhì)，這些使得氮化銦相對(duì)于氮化鋁(AlN)和氮化鎵(GaN)等其它Ⅲ族氮化物更適合用于制備高頻器件，在高頻率、高速率晶體管的應(yīng)用開發(fā)方面具有非常獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，尤其在在制備太赫茲器件，化學(xué)傳感器、半導(dǎo)體發(fā)光二極管、全光譜太陽(yáng)能電池等光電器件領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。其應(yīng)用舉例如下：

1）制備一種帶空腔的氮化銦復(fù)合襯底，

包括單晶硅襯底與氮化銦膜層，氮化銦膜層包括250~300nm的氮化銦緩沖層、2~4μm的氮化銦外延層、15~25μm的氮化銦厚膜層，氮化銦膜層形成有空腔。本發(fā)明中氮化銦復(fù)合襯底的空腔使得該氮化銦復(fù)合襯底在作為后續(xù)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中作為應(yīng)力釋放層，同時(shí)，降低了晶體的位錯(cuò)密度，使其容易獲取低應(yīng)力、低缺陷密度的高質(zhì)量晶體。本發(fā)明還公開了一種帶空腔的氮化銦復(fù)合襯底的制備方法。

2）制備一種硅基氮化銦太陽(yáng)能電池及其制備方法，

所述硅基氮化銦太陽(yáng)能電池包括依次層疊設(shè)置的負(fù)電極層、電流擴(kuò)散層、Si子電池、至少一個(gè)柱狀pin型InN子電池和正電極層，所述正電極層與所述Si子電池之間填充有絕緣材料以完全覆蓋柱狀p?i?n型InN子電池。相較于傳統(tǒng)PN結(jié)構(gòu)的氮化銦電池，本發(fā)明采用的pin型氮化銦電池結(jié)構(gòu)由于氮化銦的本質(zhì)區(qū)域(i層)的增加和存在可以允許更有效的載流子產(chǎn)生，從而使得硅基氮化銦太陽(yáng)能電池具有較好的轉(zhuǎn)換效率，在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

主要參考資料

[1] CN201810806783.0單晶氮化銦的生長(zhǎng)方法

[2] 無(wú)機(jī)化合物辭典

[3] CN201610703778.8一種帶空腔的氮化銦復(fù)合襯底及其制備方法

[4] CN201910510331.2一種硅基氮化銦太陽(yáng)能電池及其制備方法

[5] CN201510917897.9一種制備氮化銦納米材料的新方法