一种自催化功能纳米量子线的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自催化功能纳米量子线的制备方法，其特征在于，步骤为：a.MBE设备中，在生长室Si衬底上加入In‑Sb合金液滴活化产生成核位点；b.打开蒸发源In、As和Sb通向生长室的阀门进行纳米线生长，生长完毕同时关闭所有蒸发源，得到InAsSb纳米量子线。创造性采用液滴辅助生长技术进行活化产生成核位点，不需要额外的加入贵重催化剂如Au，从而避免了杂质污染，使得制备的半导体纯度高；制备得到高质量InAsSb纳米量子线，其Sb生长高达16％，所得量子线具有较高的中波红外光转换效率和稳定性。

A preparation method of self catalyzed functional nanoscale

【技术实现步骤摘要】
一种自催化功能纳米量子线的制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，具体地指一种自催化功能纳米量子线的制备方法。
技术介绍
由于合金的独特的内在特性和一维纳米结构的优势，InAsSb一维(1D)纳米线(NW)在过去几年吸引了相当大的关注。一方面，InAsSb的合金具有可调谐窄带隙能量，高导热性，小的电子有效质量，长载流子寿命(～850纳秒，并在250k，3.0微秒，高电子迁移率(在300K下大于>3×104cm/Vs)，以及电子和空穴之间不同的迁移率差异等优点。另一方面，独特的一维结构在器件应用中提供了许多好处，例如增强的光吸收，长载流子扩散长度和提高载流子收集效率等。此外，纳米线具有完整且轻便应变弛豫，使低成本的外国基材直接向外延有了增长，随后允许III-V半导体与良好开发的硅技术的集成。此外，NW生长在组合具有不同晶格参数和掺杂分布的材料中具有很大的自由度，能实现在薄膜几何形状中不可能实现的配置。这些特性使InAsSb纳米线成为各种设备应用的理想和多重选择，例如，用于绿色能源发电的高速电子，热光伏和热电装置，具有成本效益的生物传感器和在红外和太赫兹光谱范围内的高速光电子等。然而，InAsSbNWs尚未得到很好的研究，因为难以获得掺杂含量较高的Sb的高质量NWs，而且，由于Sb的掺入困难及其表面活性剂效应，其无催化剂的合成仍然是大挑战。现有技术中，已经通过包括分子束外延(MBE)，金属有机化学气相沉积(MOCVD)和化学束外延(CBE)的不同外延技术生长InAsSbNWs。例如，Zhuang等人已经获得了具有高达10％的Sb含量的MBE生长的InAsSbNWs，15％的Sourribes等，以及Potts等人的25％的InAs1-xSbx纳米线和InAs(Sb)/GaSb核壳异质结构的生长和表征，但需要加入贵重催化剂如Au作为催化剂。在MOCVD生长技术中，已报道了Sb含量高达43％的无催化剂InAsSbNWs，而在图案化InAs衬底上的选择性区域外延最近已经证明了Sb含量为15％的InAsSbNWs，并且在Au催化剂的辅助下，通过MOCVD获得了Sb含量高达77％的InAsSbNW。此外，通过Au催化的CBE得到了具有整个Sb范围的InAsSbNW，尽管Au催化剂已经证实了合成富含Sb的InAsSbNW的能力，但是据信催化剂诱导的杂质污染导致了所得NW的降解。此外，通常用于合成的Au不是用互补的晶体金属氧化物半导体(CMOS)处理。因此，开发用于硅上Sb掺杂含量高且制备过程中无需催化剂的NW是器件集成的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要解决上述
技术介绍
的不足，提供一种无需催化剂、制得Sb掺杂含量高的InAsSb纳米量子线的制备方法。本专利技术的技术方案为：一种自催化功能纳米量子线的制备方法，其特征在于，步骤为：a.MBE设备中，在生长室Si衬底上加入In-Sb合金液滴活化产生成核位点；b.打开蒸发源In、As和Sb通向生长室的阀门进行纳米线生长，生长完毕同时关闭所有蒸发源，得到InAsSb纳米量子线。优选的，步骤为：a.MBE设备中，在生长室Si衬底上加入In-Sb合金液滴200℃-380℃活化25min-120min产生成核位点，活化完成后生长室150℃-380℃下保持10-25min；b.生长室继续保持150℃-380℃，打开蒸发源In、As和Sb通向生长室的阀门并控制各束流等效分压比进行纳米线生长，生长20-120min后同时关闭所有蒸发源百叶窗，得到InAsSb纳米量子线。进一步的，所述步骤a中In-Sb合金液滴中Sb的质量百分数为1-5％，In-Sb合金液滴加入量为每1cm2Si衬底对应2-15mgIn-Sb合金液滴。进一步的，所述步骤a中In-Sb合金液滴由液态In在-5℃-10℃下溶解Sb得到。更进一步的，所述In-Sb合金液滴由液态In在0℃下溶解Sb得到。优选的，步骤b中控制Sb束流等效分压比为2.5％-27.5％、In束流等效分压比为1-19％、As束流等效分压比为70-94％，其中Sb、In、As束流等效分压比之和为100％。进一步的，步骤b中控制Sb束流等效分压比为10％-20％、In束流等效分压比为3-15％、As束流等效分压比为75-85％，其中Sb、In、As束流等效分压比之和为100％。更进一步的，步骤b中控制Sb束流等效分压比为16％、控制In束流等效分压比为3％，控制Sb束流等效分压比为81％。更进一步的，步骤b中生长室的总压力为0.05-0.5MPa，生长时间30min。更进一步的，步骤为：a.MBE设备中，在生长室Si衬底上加入In-Sb合金液滴200℃-380℃活化25min-120min产生成核位点，活化完成后生长室150℃-380℃下保持10-25min；所述In-Sb合金液滴中Sb的质量百分数为1-5％，In-Sb合金液滴加入量为每1cm2Si衬底对应2-15mgIn-Sb合金液滴；b.生长室继续保持150℃-380℃，打开蒸发源In、As和Sb通向生长室的阀门并控制各束流等效分压比进行纳米线生长，生长20-120min后同时关闭所有蒸发源百叶窗，得到InAsSb纳米量子线；控制Sb束流等效分压比为2.5％-27.5％、In束流等效分压比为1-19％、As束流等效分压比为70-94％，其中Sb、In、As束流等效分压比之和为100％，生长室的总压力为0.05-0.5MPa。本专利技术的有益效果为：1.创造性采用液滴辅助生长技术进行活化产生成核位点，不需要额外的加入贵重催化剂如Au，从而避免了杂质污染，使得制备的半导体纯度高。2.制备得到高质量InAsSb纳米量子线，其Sb生长高达18％，所得量子线具有较高的中波红外光转换效率和稳定性，在整个长度上显示出非锥形和高度均匀的直径，在光电子器件、红外探测、太阳能电池等领域有很广阔的用途。附图说明图1为本专利技术制得含Sb1％InAsSb纳米量子线SEM图图2为本专利技术制得含Sb16％InAsSb纳米量子线几何形状的倾斜SEM图图3为沿着NW的不同位置的单个NW的InAsSb的EDX点分析图4为Sb含量为3％(b)，4％(c)，16％(d)InAsSbNWs的高分辨率TEM图像。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1自催化功能纳米量子线的制备方法步骤如下：采用液态In在0℃下溶解Sb得到Sb质量百分数为1％合金液滴备用；a.MBE设备中，在生长室Si衬底上加入In-Sb合金液滴200℃活化40min产生成核位点(In-Sb合金液滴加入量为每1cm2Si衬底对应4mg)，活化完成后生长室150℃下保持10min；b.生长室保持150℃，打开蒸发源In、As和Sb通向生长室的阀门并控制各束流等效分压比进行纳米线生长，生长20min后同时关闭所有蒸发源百叶窗，得到InAsSb纳米量子线；生长时控制Sb、In、As束流等效分压比分别为2.5％、5％、92.5％，生长室的总压力为0.05MPa。经元素分析所得InAsSb纳米量子线中Sb质量分数为1％。实施例2采用液态In在-5℃下溶解Sb得到Sb质量百分数为2％合金液滴备用；a.MBE设备中，在生长室Si衬底上加入In-S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自催化功能纳米量子线的制备方法，其特征在于，步骤为：a.MBE设备中，在生长室Si衬底上加入In‑Sb合金液滴活化产生成核位点；b.打开蒸发源In、As和Sb通向生长室的阀门进行纳米线生长，控制生长时间后同时关闭所有蒸发源，得到InAsSb纳米量子线。

【技术特征摘要】
1.一种自催化功能纳米量子线的制备方法，其特征在于，步骤为：a.MBE设备中，在生长室Si衬底上加入In-Sb合金液滴活化产生成核位点；b.打开蒸发源In、As和Sb通向生长室的阀门进行纳米线生长，控制生长时间后同时关闭所有蒸发源，得到InAsSb纳米量子线。2.如权利要求1所述的自催化功能纳米量子线的制备方法，其特征在于，步骤为：a.MBE设备中，在生长室Si衬底上加入In-Sb合金液滴200℃-380℃活化25min-120min产生成核位点，活化完成后生长室150℃-380℃下保温10-25min；b.生长室150℃-380℃下保温，打开蒸发源In、As和Sb通向生长室的阀门并控制各束流等效分压比进行纳米线生长，生长20-120min后同时关闭所有蒸发源百叶窗，得到InAsSb纳米量子线。3.如权利要求1或2所述的自催化功能纳米量子线的制备方法，其特征在于，所述步骤a中In-Sb合金液滴中Sb的质量百分数为1-5％，In-Sb合金液滴加入量为每1cm2Si衬底对应2-15mgIn-Sb合金液滴。4.如权利要求1或2所述的自催化功能纳米量子线的制备方法，其特征在于，所述步骤a中In-Sb合金液滴由液态In在-5℃-10℃下溶解Sb得到。5.如权利要求4所述的自催化功能纳米量子线的制备方法，其特征在于，所述In-Sb合金液滴由液态In在0℃下溶解Sb得到。6.如权利要求2所述的自催化功能纳米量子线的制备方法，其特征在于，步骤b中控制Sb束流等效分压比为2.5％-27.5％、In束流等效分压比为1-19％、As束流等效分压比为70-94％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘翠，赵金星，兰倩，曹元成，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42