專利名稱：InSb超晶格納米線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化合物半導(dǎo)體納米材料及其制備方法，特別是指采用脈沖電沉積 可控制備銻化銦超晶格InSb/Ir^Sb卜x(x = 0. 2_0. 6)納米線陣列的方法。
背景技術(shù)：
在充滿生機的21世紀，信息、生物技術(shù)、能源、環(huán)境、先進制造技術(shù)和國防的高速 發(fā)展必然對材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸?shù)?促使材料的研究向更小尺寸方向發(fā)展。隨著納米科技的發(fā)展，人們已經(jīng)能夠制備量子線、量 子阱、超晶格等各種低維介觀結(jié)構(gòu)。在這些介觀結(jié)構(gòu)中由于電子波函數(shù)的相干長度與體系 的特征長度相當(dāng)，電子的物理性質(zhì)完全受量子力學(xué)規(guī)律所支配，電子的波動性在輸運過程 中得到充分的體現(xiàn)。超晶格是一種特殊類型的多層納米結(jié)構(gòu)，其原子平面相間堆垛，結(jié)構(gòu)和 /或組分周期性調(diào)制。超晶格納米線陣列特殊的結(jié)構(gòu)就決定了其大量界面及量子阱的存在， 影響了載流子和激子在納米線生長方向和直徑方向的運動，從而導(dǎo)致特殊現(xiàn)象(效應(yīng))的 出現(xiàn)，并直接影響了其在納米結(jié)構(gòu)和納米器件中的應(yīng)用。理論和實驗研究都表明由于其特 殊結(jié)構(gòu)，超晶格納米陣列都表現(xiàn)出了明顯的尺寸、界面、溫度特性，并被預(yù)計在高速光電子 器件、熱電、信息、激光、微波等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。 InSb是III-V族半導(dǎo)體中帶隙最小的半導(dǎo)體材料，由于其載流子遷移率高，并且 具有明顯的磁電阻效應(yīng)，InSb被大量用于制造磁敏元件，如磁敏電位器、磁阻器件、霍耳器 件、光學(xué)器件等。為了獲得各類結(jié)構(gòu)、體系的超晶格材料，人們在實踐中進行了多種探索分 子束外延、氣相沉積、激光燒蝕、磁控濺射等方法都是被用來制備超晶格的有效方法。但同 時，這些方法又具有環(huán)境要求高、成本大、形貌不易控制等不足。電化學(xué)沉積以其成本小、加 工溫度低，常常在室溫、驅(qū)動力容易控制和產(chǎn)物結(jié)晶好等特點而被比較多地應(yīng)用于超晶格 材料的制備中。 近年來，有關(guān)低維超晶格納米結(jié)構(gòu)材料的研究一直是業(yè)界的一個熱點。Cu/Ni、 CoPt/Pt等磁性超晶格納米線陣列的研究表明，其磁電阻明顯受其尺寸調(diào)制，并表明了顯著 的GMR效應(yīng)。有關(guān)Bi2Te3、 Sb/Bi等熱電材料研究表明，由于量子禁閉效應(yīng)使費米能級附近 狀態(tài)密度增加，使載流子的有效質(zhì)量增加(重費米子)，從而導(dǎo)致Seebeck系數(shù)的增加，而低 維化結(jié)構(gòu)增加了勢阱壁表面聲子的邊界散射和聲子的量子限制效應(yīng)，阻擋了聲子但不妨礙 電子傳輸，因此降低了晶格熱導(dǎo)率而不影響電導(dǎo)率，從而將有效增加材料的ZT值。因為具 有量子效率高，暗電流小等特點，InAs/GaSb等化合物半導(dǎo)體超晶格材料已經(jīng)在紅外探測與 光學(xué)成像方面展現(xiàn)了誘人的應(yīng)用前景。相對于各類異質(zhì)材料超晶格的廣泛研究，InSb類同 質(zhì)材料超晶格納米線的制備方法還未見公開報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種InSb超晶格納米線 的制備方法，采用脈沖電沉積方法，以氧化鋁模板為基體材料，制備得到InSb/Ir^Sb卜x(x =0. 2-0. 6)超晶格納米線。 本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案 1、 InSb超晶格納米線的制備方法，其特征是在孔洞均勻一致的氧化鋁模板上，利 用脈沖電化學(xué)沉積的方法，制備得到InSb/Ir^Sb卜x(x = 0. 2_0. 6)超晶格納米線。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的InSb超晶格納米線及其陣列的制備方法，其特征是按如 下步驟進行操作 a、采用二次陽極氧化法制備孔徑為60nm的氧化鋁模板，在所述氧化鋁模板的背 面，以真空蒸鍍的方法噴上一層金膜作為陰極； b、配制緩沖溶液，所述緩沖溶液中H2C6H507和Na3H2C6H507的濃度分別為4g/100ml 和4. 48g/100ml ; c、向所述緩沖溶液中分別按1. 76g/100ml和1. OOg/ml的濃度加入InCl3 *4H20和 SbCl3，攪拌均勻，并以H^Oj周節(jié)溶液的pH值為2. 2，得到沉積用電解液；
d、以石墨為陽極，在室溫下經(jīng)10-ll個小時的脈沖電沉積，得到InSb/Ir^Sb卜x(x = 0. 2-0. 6)納米線。 3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的InSb超晶格納米線的制備方法，其特征是所述脈沖電沉 積的電參數(shù)為:InSb的沉積電壓為_2. IV， IrixSVx的沉積電壓為_2. 8V到-1. IV之間可調(diào)。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在 1、本發(fā)明中基體材料氧化鋁模板具有耐酸堿、可見光透明的特點，具有高度有序 的準一維納米孔結(jié)構(gòu)，孔徑易于控制、可以規(guī)?；a(chǎn)，從而為其廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
2、本發(fā)明將脈沖電沉積技術(shù)與多孔氧化鋁模板有機結(jié)合，制備較為理想的一維半 導(dǎo)體納米材料。 3、本發(fā)明的方法中通過對沉積電位、波形等參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以獲得不同成分InSb 超晶格納米線的制備工藝。 4、本發(fā)明提供的制備方法簡單，控制操作方便，易于推廣。


圖1為本發(fā)明脈沖電壓波形示意圖。 圖2為本發(fā)明氧化鋁模板掃描圖。 圖3為本發(fā)明InSb/In。.6Sb。.4超晶格納米線透射圖片。 圖4為本發(fā)明InSb/In。.4Sb。.6超晶格納米線透射圖片。 圖5為本發(fā)明InSb/In。.2Sb。.8超晶格納米線透射圖片。
具體實施例方式
1、多孔氧化鋁模板的制備采用二次陽極氧化法，在摩爾濃度為0. 3M的草酸溶液 中制備得到多孔氧化鋁模板，氧化電壓為40V，獲得孔徑為60nm、厚度40 y m的氧化鋁模板； 在氧化鋁模板的反面采用蒸鍍的方法沉積一層200nm厚的Au膜當(dāng)作陰極。
2 、配制電解液首先配制含有H2C6H507和Na3H2C6H507的緩沖水溶液，溶液中 H2C6H507、 Na3H2C6H507的濃度分別為4g/100ml和4. 48g/100ml，再分別加入InCl3 4H20和 SbCl3，其加入量分別為1. 76g/100ml和1. OOg/ml，用磁攪拌器攪拌3個小時，溶液的pH值
4用112504調(diào)節(jié)至2.2。 3、沉積裝置采用計算機控制的雙電極沉積裝置，脈沖信號由波形發(fā)生卡PCI200 進行輸出，其輸出電壓幅值為0 士10V，波形頻率在0 5MHz范圍內(nèi)可調(diào)，以石墨作為陽 極。 4、電沉積過程以氧化鋁模板為基體材料，采用計算機控制的雙電極沉積裝置在 室溫下進行。電脈沖信號如圖1所示，其中V1、V2均可調(diào)，在每個脈沖信號中，脈沖時間T。n 與馳豫時間T。ff都為500iis。 設(shè)定VI = -2. IV、 V2 = -2. 8V，在VI電壓下沉積InSb納米線，在V2電壓下沉積
111。.eSb。.4，在單槽中制備得到InSb/In。.6Sb。.4超晶格納米線陣列(如圖3所示)。 設(shè)定VI = -2. IV、 V2 = -1. 6V，在VI電壓下沉積InSb納米線，在V2電壓下沉積
In。」Sb。.e，在單槽中制備得到InSb/In。.4Sb。.6超晶格納米線陣列(如圖4所示)。 設(shè)定VI = -2. IV、 V2 = -1. 1V，在VI電壓下沉積InSb納米線，在V2電壓下沉積
In。^b。.8，在單槽中制備得到InSb/In。.2Sb。.8超晶格納米線陣列(如圖5所示)。
權(quán)利要求
InSb超晶格納米線的制備方法，其特征是在孔洞均勻一致的氧化鋁模板上，利用脈沖電化學(xué)沉積的方法，制備得到InSb/InxSb1-x超晶格納米線，其中x＝0.2-0.6。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的InSb超晶格納米線及其陣列的制備方法，其特征是按如下步 驟進行操作a、 采用二次陽極氧化法制備孔徑為60nm的氧化鋁模板，在所述氧化鋁模板的背面，以 真空蒸鍍的方法噴上一層金膜作為陰極；b、 配制緩沖溶液，所述緩沖溶液中H2C6H507和Na3H2C6H507的濃度分別為4g/100ml和 4.48g/100ml ;c、 向所述緩沖溶液中分別按1.76g/100ml和l.OOg/ml的濃度加入InCl3 4H20和 SbCl3，攪拌均勻，并以H^Oj周節(jié)溶液的pH值為2. 2，得到沉積用電解液；d、 以石墨為陽極，在室溫下經(jīng)10-11個小時的脈沖電沉積，得到InSb/XSVx， x = 0. 2-0. 6納米線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的InSb超晶格納米線的制備方法，其特征是所述脈沖電沉積的 電參數(shù)為InSb的沉積電壓為-2. IV， IrixSb卜x的沉積電壓為_2. 8V到-1. IV之間可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種InSb超晶格納米線的制備方法，其特征是在孔洞均勻一致的氧化鋁模板上，利用脈沖電化學(xué)沉積的方法，制備得到InSb/InxSb1-x(x＝0.2-0.6)超晶格納米線。本發(fā)明制備方法簡單，控制操作方便，易于推廣。
文檔編號B82B3/00GK101712453SQ20091018500
公開日2010年5月26日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者楊友文, 解挺, 陳東, 陳延彪, 陳祥迎 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)