一种固溶体纳米线及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种固溶体纳米线及其制备方法和用途。本发明专利技术提供的固溶体纳米线为InP‑ZnSe固溶体纳米线。所述制备方法包括：(1)在衬底上覆盖催化剂，并对覆盖催化剂的衬底进行退火，得到退火衬底；(2)将InP和ZnSe的混合物置于一端封口一端开口的石英管的一侧，将退火衬底置于所述石英管的另一侧，将所述石英管置于反应炉中，抽真空后通入保护性气体，在加热条件下进行化学气相沉积反应，得到所述固溶体纳米线；其中，InP和ZnSe的混合物的温度高于退火衬底的温度。本发明专利技术提供的固溶体纳米线尺寸均匀，结晶度良好，迁移率高，带隙大小可调，可用于器件中，减少稀有金属In的使用量。

A solid solution nanowire and its preparation method and Application

The invention provides a solid solution nanowire and a preparation method and application thereof. The solid solution nanowires provided by the invention are InP_ZnSe solid solution nanowires. The preparation method includes: (1) covering the catalyst on the substrate and annealing the substrate covered with the catalyst to obtain the annealed substrate; (2) placing the mixture of InP and ZnSe on one side of the quartz tube with one end sealing and one end opening, placing the annealed substrate on the other side of the quartz tube, placing the quartz tube in the reaction furnace, adding protective gas after vacuum extraction, and heating conditions. The solid solution nanowires are obtained by chemical vapor deposition reaction, in which the temperature of the mixture of InP and ZnSe is higher than that of the annealed substrate. The solid solution nanowires provided by the invention have uniform size, good crystallinity, high mobility and adjustable band gap, and can be used in devices to reduce the use of rare metal In.

【技术实现步骤摘要】
一种固溶体纳米线及其制备方法和用途
本专利技术属于半导体材料与纳米
，具体涉及一种固溶体纳米线及其制备方法和用途。
技术介绍
相比于块体材料，纳米材料具有平均粒径小、表面原子多、比表面积巨大、表面能高等特点，因此具有许多块体材料不具备优异性能，尤其是在光学、电学、热学、磁学、力学和生命科学等领域具有十分重要的作用和应用前景，现已引起世界各国研究机构和科研人员的密切关注，甚至有学者预测纳米技术将成为21世纪的主导技术。其中一维纳米材料具有独特的形貌特征和物理化学性质，在构筑纳米电子学器件、纳米光电子学器件及环境催化净化方面有巨大的应用前景，受到广泛的关注和研究。而III-V族材料由于其合适的禁带宽度和优异的载流子传输性能，一直是光电化学电极的合适选择之一。磷化铟(InP)材料是一种直接带隙宽度为1.34eV的半导体材料，具有极高的电子迁移率，而且耐辐射性能好、导热率高，在卫星通讯电子等领域具有广泛的应用。硒化锌(ZnSe)是一种直接带隙为2.8eV的宽带隙半导体，是构建激光器、发光二极管和光电探测器的理想材料。CN103346070B公开了一种硅基III-V族纳米线选区横向外延生长的方法，该方法包括：步骤A，在(110)晶面SOI衬底的顶硅薄层上制备整段硅纳米线；步骤B，去除整段硅纳米线的中段部分，在保留的左段硅纳米线和右段硅纳米线朝向内侧的端面形成硅(111)晶面；以及步骤C，在左段硅纳米线和右段硅纳米线朝向内侧的，具有硅(111)晶面的两端面之间横向选区生长III-V族材料纳米线，形成异质结桥接结构。CN105314608B公开了一种ZnSe-GaP固溶体纳米材料及其制备方法，该方法所制备的ZnSe-GaP固溶体纳米材料形貌呈线状，直径为50-500纳米，长度为5微米～5毫米。该ZnSe-GaP固溶体纳米材料的制备方法是在三温区管式炉中加入硒化锌、磷化镓、硒粉和锌粉，利用CVD法在石墨衬底上生长而得。但是上述两个方案的纳米线材料的性能有待进一步提升，并且制备工艺操作繁琐。因此，有必要开发一种性能好，制备方法简单，价格低廉的纳米线材料。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种固溶体纳米线及其制备方法和用途。本专利技术提供的固溶体纳米线具有高迁移率，且带隙大小可调。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种固溶体纳米线，所述固溶体纳米线为InP-ZnSe固溶体纳米线。本专利技术提供的InP-ZnSe固溶体纳米线尺寸均匀，结晶度良好。本专利技术提供的InP-ZnSe固溶体纳米线为闪锌矿晶型结构。本专利技术提供的InP-ZnSe固溶体纳米线具有高迁移率，并且通过调节InP和ZnSe的比例，可以对InP-ZnSe固溶体纳米线的带隙宽度进行调节。本专利技术中，固溶体是指InP和ZnSe互溶，但是并不影响其纳米线的晶体结构；随着两种物质的比例不同，纳米线带隙介于两者的带隙之间，且连续可调。本专利技术提供的InP-ZnSe固溶体纳米线可以取代InP纳米线，减少稀有金属In的使用量，降低成本。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述固溶体纳米线的平均直径为50-400nm；优选地，所述固溶体纳米线的长度为1-6μm，例如1μm、2μm、3μm、4μm、5μm或6μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述固溶体纳米线中，InP的摩尔百分含量为0-100％且不包括0和100％，例如1％、5％、10％、20％、40％、60％、80％或99％等，优选为50-66.7％。本专利技术提供的InP-ZnSe固溶体纳米线中，如果InP的摩尔百分含量过高，会导致带隙会降低并接近InP的带隙、InP含量过高导致成本增加；如果InP的摩尔百分含量过低，会导致带隙变大并接近ZnSe的带隙、电子迁移率下降。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述固溶体纳米线的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)在衬底上覆盖催化剂，并对覆盖催化剂的衬底进行退火，得到退火衬底；(2)将InP和ZnSe的混合物置于一端封口一端开口的石英管的一侧，将步骤(1)所述退火衬底置于所述石英管的另一侧，将所述石英管置于反应炉中，抽真空后通入保护性气体，在加热条件下进行化学气相沉积反应，得到所述固溶体纳米线；其中，所述化学气相沉积反应时，InP和ZnSe的混合物的温度高于退火衬底的温度。本专利技术提供的制备方法中，InP和ZnSe的混合物中的InP和ZnSe均为粉末，它们的混合物作为反应前驱体，加热气化后在温度较低的退火衬底上进行沉积，得到所述固溶体纳米线。这种化学气相沉积的方法工艺流程简单，反应参数易于控制，所用设备价格低廉，所用原料成本较低且毒性较小，易于工业化推广。本专利技术中，步骤(1)所述衬底可以根据后续化学气相沉积的炉子大小进行尺寸调节，例如切成1×1cm大小的片子。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述衬底包括硅片。优选地，所述硅片在覆盖催化剂前先进行预处理。优选地，所述预处理的方法包括分别用丙酮、异丙醇和无水乙醇作为溶剂对硅片进行超声清洗，并用氮气吹干。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述催化剂为金。优选地，步骤(1)所述覆盖催化剂的方法包括：用离子溅射的方法在衬底上覆盖催化剂。优选地，所述离子溅射的电流大小为8-10mA，例如8mA、8.5mA、9mA、9.5mA或10mA等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述离子溅射的时间为60-120s，例如60s、70s、80s、90s、100s、110s或120s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为90s；优选地，所述离子溅射用离子溅射仪进行。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述退火的方法包括：抽真空后通入保护性气体，加热进行退火，得到所述退火衬底。优选地，所述抽真空将反应系统的压力降低至≤1Pa，例如1Pa、0.9Pa、0.8Pa、0.7Pa等。可以采用真空泵将反应系统抽真空。优选地，所述保护性气体包括氮气和/或氩气。本专利技术中，所述氮气和/或氩气是指可以为氮气，也可以为氩气，还可以为氮气和氩气的组合。优选地，所述保护性气体的流量位40-60sccm，例如40sccm、45sccm、50sccm、55sccm或60等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为50sccm。优选地，所述加热进行退火的温度为420-480℃，例如420℃、430℃、450℃、460℃、470℃或480℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为450℃。优选地，所述退火的时间为20-40min，例如20min、25min、30min、35min或40min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为30min。优选地，所述退火的方法还包括：退火完成后进行自然冷却。本专利技术中，退火的反应器可以为石英管。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述化学气相沉积反应时，InP和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固溶体纳米线，其特征在于，所述固溶体纳米线为InP‑ZnSe固溶体纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种固溶体纳米线，其特征在于，所述固溶体纳米线为InP-ZnSe固溶体纳米线。2.根据权利要求1所述的固溶体纳米线，其特征在于，所述固溶体纳米线的平均直径为50-400nm；优选地，所述固溶体纳米线的长度为1-6μm；优选地，所述固溶体纳米线中，InP的摩尔百分含量为0-100％且不包括0和100％，优选为50-66.7％。3.一种如权利要求1或2所述固溶体纳米线的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在衬底上覆盖催化剂，并对覆盖催化剂的衬底进行退火，得到退火衬底；(2)将InP和ZnSe的混合物置于一端封口一端开口的石英管的一侧，将步骤(1)所述退火衬底置于所述石英管的另一侧，将所述石英管置于反应炉中，抽真空后通入保护性气体，在加热条件下进行化学气相沉积反应，得到所述固溶体纳米线；其中，所述化学气相沉积反应时，InP和ZnSe的混合物的温度高于退火衬底的温度。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述衬底包括硅片；优选地，所述硅片在覆盖催化剂前先进行预处理；优选地，所述预处理的方法包括分别用丙酮、异丙醇和无水乙醇作为溶剂对硅片进行超声清洗，并用氮气吹干。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述催化剂为金；优选地，步骤(1)所述覆盖催化剂的方法包括：用离子溅射的方法在衬底上覆盖催化剂；优选地，所述离子溅射的电流大小为8-10mA；优选地，所述离子溅射的时间为60-120s，优选为90s；优选地，所述离子溅射用离子溅射仪进行。6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述退火的方法包括：抽真空后通入保护性气体，加热进行退火，得到所述退火衬底；优选地，所述抽真空将反应系统的压力降低至≤1Pa；优选地，所述保护性气体包括氮气和/或氩气；优选地，所述保护性气体的流量位40-60sccm，优选为50sccm；优选地，所述加热进行退火的温度为420-480℃，优选为450℃；优选地，所述退火的时间为20-40min，优选为30min；优选地，所述退火的方法还包括：退火完成后进行自然冷却。7.根据权利要求3-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述化学气相沉积反应时，InP和ZnSe的混合物的温度为760-800℃，优选为780℃；优选地，步骤(2)所述化学气相沉积反应时，退火衬底的温度为430-470℃，优选为450℃；优选地，步骤(2)中，所述反应炉包括双温区管式炉；优选地，当步骤(2)所述反应炉为双温区管式炉时，所述InP和ZnSe的混合物位于反应炉的第一温区的中央，所述退火衬底位于反应炉的第二温区中靠近第一温区的一侧；优选地，所述第一温区的设定温度为760-800℃，优选为780℃；优选地，所述第一温区的升温速率为40-60℃min-1，优选为50℃min-1；优选地，所述第一温区达到设定温度后保温10-30min，...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨德·阿拉·简，郭北斗，宫建茹，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11