納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，包括如下步驟:在化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置蒸發(fā)源，并在蒸發(fā)源下風(fēng)向處設(shè)置潔凈基片，再充分排除化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)的空氣，而后充入載氣，且將化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)的氣壓維持于設(shè)定氣壓值；其后，將所述反應(yīng)區(qū)溫度提升至第一設(shè)定溫度，保溫設(shè)定時(shí)間，而將所述基片溫度維持于第二設(shè)定溫度，且在反應(yīng)過(guò)程中，按設(shè)定流速持續(xù)通入載氣；反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通入載氣，使化學(xué)氣相沉積設(shè)備自然降溫，獲得具有納米結(jié)構(gòu)的碲單晶。本發(fā)明采用化學(xué)氣相沉積法制備了納米結(jié)構(gòu)碲單晶，工藝簡(jiǎn)單可控，成本低廉，且所獲產(chǎn)品品質(zhì)高，形態(tài)可控。
【專利說(shuō)明】納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碲納米結(jié)構(gòu)的制備方法，具體涉及一種采用化學(xué)氣相沉積法制備納米結(jié)構(gòu)碲單晶的方法，屬于納米【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]納米材料由于尺寸引起的電子限域效應(yīng)表現(xiàn)出與其塊體不同的特異性質(zhì)，因而備受關(guān)注。尤其是納米材料的性質(zhì)，不僅與其組成、尺寸相關(guān)，也與其形貌有著密切的聯(lián)系，因此通過(guò)控制納米晶體的形貌，可以調(diào)節(jié)其物理化學(xué)性質(zhì)。
[0003]碲是一種具有窄禁帶寬度半導(dǎo)體，由于其具有許多優(yōu)異的性質(zhì)吸引人們的極大關(guān)注，廣泛地用作熱電材料、壓電材料，光致發(fā)光材料，光導(dǎo)材料以及催化材料等。為了獲得更好的應(yīng)用特性，人們開展了不同形貌締納米晶體的制備研究。Qian Ha1-Sheng等采用以基吡咯烷酮輔助的水熱法制得了碲納米線及納米帶[Langmuir，2006，22(8)，3830 -3835],Chen Ha1-yong等采用高真空蒸鍍儀制備了尖端的單晶締納米線[Physics LettersA, 2007, 62，61 -65],Lin Zong-Hong等采用一種簡(jiǎn)易的室溫水浴方法合成三角形的碲納米線[Crystal Growth & Design, 2008, 8 (1), 351 - 357],此外，Liu Jian-ffei 等米用以微波輔助的水溶液法制得了均勻極長(zhǎng)的碲納米線[Langmuir，2010，26(13)，11372 -11377]，袁求理等發(fā)明一種簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝制得繩狀的六方相碲納米晶體，具有較好的均勻性[CN 101798069 A]，鄧元等發(fā)明一種基于物理氣相沉積的碲納米線陣列的制備方法，所得到的碲納米線陣列結(jié)構(gòu)均 一，有效的保證了納米相的均勻分布[CN 101435067A]。到目前為止，已有大量的關(guān)于一維結(jié)構(gòu)碲納米晶體制備方法的研究報(bào)道。這其中絕大多數(shù)報(bào)道采用了水熱法來(lái)制備碲納米線，但水熱法制備出的碲納米線結(jié)晶度相對(duì)較差；另有部分報(bào)道采用了物理氣相沉積法，其主要是利用物理過(guò)程來(lái)沉積薄膜的技術(shù)，但對(duì)于制備納米線而言，技術(shù)難度要求高，可控性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種采用化學(xué)氣相沉積法制備納米結(jié)構(gòu)碲單晶的工藝，其工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，碲單晶生長(zhǎng)條件易于調(diào)控，能獲得具有較好結(jié)晶度且形態(tài)多樣化的產(chǎn)物，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，包括如下步驟:
在化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置蒸發(fā)源，并在蒸發(fā)源下風(fēng)向處設(shè)置潔凈基片，再充分排除化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)的空氣，而后充入載氣，且將化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)的氣壓維持于設(shè)定氣壓值；
其后，將所述反應(yīng)區(qū)溫度提升至第一設(shè)定溫度，保溫設(shè)定時(shí)間，而將所述基片溫度維持于第二設(shè)定溫度，且在反應(yīng)過(guò)程中，按設(shè)定流速持續(xù)通入載氣；
反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通入載氣，使化學(xué)氣相沉積設(shè)備自然降溫，獲得具有納米結(jié)構(gòu)的碲單晶O
[0006]作為其中可行的實(shí)施方案之一，所述潔凈基片的制程包括:依次用有機(jī)溶劑、水清洗基片，之后吹干，獲得潔凈基片，其中，所述有機(jī)溶劑包括丙酮和/或異丙醇，所述基片包括Si基片。
[0007]進(jìn)一步的，所述蒸發(fā)源包括GeTe粉末或Te粉末，且不限于此。
[0008]優(yōu)選的，所述GeTe粉末包含摩爾比為1:1的Ge和Te。
[0009]所述載氣包括氬氣,特別是高純氬氣。
[0010]進(jìn)一步的，所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備包括水平管式爐。
[0011]作為較為優(yōu)選的實(shí)施方案之一，該制備方法可以包括如下步驟:
(1)將蒸發(fā)源置于化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)區(qū)中部，并將潔凈基片置于蒸發(fā)源的下風(fēng)向處；
(2)將化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)腔抽真空后，充入載氣進(jìn)行充洗，反復(fù)兩次以上，充洗后繼續(xù)通入載氣，并配合通風(fēng)設(shè)備，使化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)的壓力維持在10~15 Torr ；
(3)對(duì)化學(xué)氣相沉積設(shè)備進(jìn)行加熱，使蒸發(fā)源升溫至250~420°C，且保溫90~150min，并控制所述潔凈基片的溫度為200~220 °C，在反應(yīng)過(guò)程中還按照100~150 sccm的流速持續(xù)通入載氣；·
(4)反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通載氣，使化學(xué)氣相沉積設(shè)備自然降溫，獲得具有納米結(jié)構(gòu)的碲單晶。
[0012]進(jìn)一步的，所述潔凈基片放置在距離蒸發(fā)源25~28 cm位置處。
[0013]進(jìn)一步的，步驟(2)包括:將化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)腔抽真空至氣壓低于I mTorr，而后充入載氣進(jìn)行充洗。
[0014]優(yōu)選的，步驟(2)包括:在沖洗完成后，將所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)的氣壓維持于IOTorr0
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下優(yōu)點(diǎn):采用化學(xué)氣相沉積法制備了納米結(jié)構(gòu)碲單晶，工藝簡(jiǎn)單可控，成本低廉，且所獲產(chǎn)品品質(zhì)高，形態(tài)可控。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所獲碲納米棒的掃描電子顯微鏡照片；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所獲單根碲納米棒的元素分析圖譜，其中Ge原子含量為O ;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例2所獲碲納米線的掃描電子顯微鏡照片；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例2所獲碲納米片的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如前所述，鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明旨在提供一種納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，其主要是利用化學(xué)氣相沉積法(CVD)實(shí)現(xiàn)的，而其具體技術(shù)方案在前文中已有述及，此處不再贅述。
[0018]其中，作為本發(fā)明的一典型實(shí)施方案，其可以包括如下步驟:
(1)將Si基片進(jìn)行超聲清洗；
(2)在水平管式爐的爐管中部放置蒸發(fā)源，并將步驟I)中清洗過(guò)的Si基片放置在水平管式爐的爐管中部蒸發(fā)源的下風(fēng)向處；然后，將水平管式爐抽真空后，充入載氣進(jìn)行充洗，反復(fù)兩次；充洗后，通入載氣，利用機(jī)械泵運(yùn)轉(zhuǎn)使?fàn)t管內(nèi)壓力維持在10~15 Torr ；
(3)對(duì)水平管式爐進(jìn)行加熱，管內(nèi)的蒸發(fā)源升溫至250~420 °C;保溫時(shí)間為90~150min ；反應(yīng)過(guò)程中，以100~150 sccm通入載氣；
(4 )反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通載氣自然降溫。
[0019]在前述步驟(2 )中，所述蒸發(fā)源可采用GeTe粉末或Te粉末。
[0020]在前述步驟(2)中，所述水平管式爐中部放置的蒸發(fā)源的質(zhì)量為0.02~0.05 g。
[0021]在前述步驟(2)中，所述水平管式爐內(nèi)腔被抽真空至氣壓低于I mTorr。
[0022]在前述步驟(2)中，所述水平管式爐管內(nèi)壓力為10~15 Torr，優(yōu)選為10 Torr0
[0023]在前述步驟(3)中，所述清洗后的Si基片放置在水平管式爐的爐管中蒸發(fā)源的下風(fēng)向且距爐體中部蒸發(fā)源為25~28 cm處，優(yōu)選為27 cm處。
[0024]在前述步驟(3)中，當(dāng)爐中部管溫升至250~420 1:時(shí)，控制清洗過(guò)的Si基片的溫度為200~220 °C。
[0025]在前述步驟(2)及步驟(4)中，所述載氣為氬氣，優(yōu)選為高純氬氣。
[0026]以下結(jié)合若干較佳實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]實(shí)施例1:
(1)依次采用丙酮、異丙醇、去離子水對(duì)Si基片進(jìn)行超聲清洗8min，氮?dú)獯蹈桑?br> (2)在水平管式爐中部放置蒸發(fā)源純度為99.999%的GeTe粉末(Ge和Te的摩爾比為1:1)，質(zhì)量為0.04 g，并將步驟(1)中超聲清洗過(guò)的Si基片放置在水平管式爐的爐管中蒸發(fā)源的下風(fēng)向且距爐體中部蒸發(fā)源為27 cm處；然后，將水平管式爐壓力抽至I mTorr以下，充入載氣高純氬氣進(jìn)行充洗，反復(fù)兩次；充洗后，通入氣流量為150 sccm的載氣，利用機(jī)械泵運(yùn)轉(zhuǎn)使?fàn)t管內(nèi)壓力維持為10 Torr ；
(3)對(duì)水平管式爐中部的蒸發(fā)源進(jìn)行加熱至400V ；
(4)在步驟(3)中，當(dāng)爐中部管溫升至400°C時(shí)，此時(shí)控制基片處的溫度約為220°C，保溫時(shí)間為90 min ；
(5)反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通載氣，進(jìn)行自然降溫，獲得高質(zhì)量的單晶碲納米棒。
[0028]所制備的碲納米棒的掃描電子顯微鏡如圖1所示,碲納米線直徑為300~400 nm,長(zhǎng)度為1.5~4微米。
[0029]其元素分析如圖2所示，由元素分析可知，所獲得的碲納米棒中不含有Ge原子。
[0030]實(shí)施例2:
(1)依次采用丙酮、異丙醇、去離子水對(duì)Si基片進(jìn)行超聲清洗8min，氮?dú)獯蹈桑?br> (2)在水平管式爐中部放置蒸發(fā)源純度為99.999%的Te粉末，質(zhì)量為0.02 g，并將步驟(I)中超聲清洗過(guò)的Si基片放置在水平管式爐的爐管中蒸發(fā)源的下風(fēng)向且距爐體中部蒸發(fā)源為27 cm處；然后，將水平管式爐壓力抽至I mTorr以下，充入載氣高純氬氣進(jìn)行充洗，反復(fù)兩次；充洗后，通入氣流量為100 sccm的載氣，利用機(jī)械泵運(yùn)轉(zhuǎn)使?fàn)t管內(nèi)壓力維持為 10 Torr ；
(3)對(duì)水平管式爐中部的蒸發(fā)源進(jìn)行加熱至280V ；
(4)在步驟(3)中，當(dāng)爐中部管溫升至2801:時(shí)，此時(shí)控制基片處的溫度約為200 V,保溫時(shí)間為150 min ；(5)反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通載氣，進(jìn)行自然降溫，獲得高質(zhì)量的單晶碲納米線及納米片。
[0031]所制備的碲納米線及納米片的掃描電子顯微鏡如圖3、圖4所示。由圖3可以看出，碲納米線直徑為80~120 nm,長(zhǎng)度為5~9微米。
[0032]本發(fā)明所揭示的乃較佳實(shí)施例的一種或多種，凡是局部的變更或修飾而源于本發(fā)明的技術(shù)思想而為熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人所易于推知的，俱不脫離本發(fā)明的專利權(quán)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 在化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置蒸發(fā)源，并在蒸發(fā)源下風(fēng)向處設(shè)置潔凈基片，再充分排除化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)的空氣，而后充入載氣，且將化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)的氣壓維持于設(shè)定氣壓值； 其后，將所述反應(yīng)區(qū)溫度提升至第一設(shè)定溫度，保溫設(shè)定時(shí)間，而將所述基片溫度維持于第二設(shè)定溫度，且在反應(yīng)過(guò)程中，按設(shè)定流速持續(xù)通入載氣； 反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通入載氣，使化學(xué)氣相沉積設(shè)備自然降溫，獲得具有納米結(jié)構(gòu)的碲單晶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，其特征在于，所述潔凈基片的制程包括:依次用有機(jī)溶劑、水清洗基片，之后吹干，獲得潔凈基片，其中，所述有機(jī)溶劑包括丙酮和/或異丙醇，所述基片包括Si基片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，其特征在于，所述蒸發(fā)源包括GeTe粉末或Te粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，其特征在于，所述GeTe粉末包含摩爾比為1:1的Ge和Te。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，其特征在于，所述載氣包括氬氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備包括水平管式爐。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將蒸發(fā)源置于化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)區(qū)中部，并將潔凈基片置于蒸發(fā)源的下風(fēng)向處； (2)將化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)腔抽真空后，充入載氣進(jìn)行充洗，反復(fù)兩次以上，充洗后繼續(xù)通入載氣，并配合通風(fēng)設(shè)備，使化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)的壓力維持在10~15 Torr ； (3)對(duì)化學(xué)氣相沉積設(shè)備進(jìn)行加熱，使蒸發(fā)源升溫至250~420°C，且保溫90~150min,并控制所述潔凈基片的溫度為200~220 °C，在反應(yīng)過(guò)程中還按照100~150 sccm的流速持續(xù)通入載氣； (4)反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通載氣，使化學(xué)氣相沉積設(shè)備自然降溫，獲得具有納米結(jié)構(gòu)的碲單晶。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，其特征在于，所述潔凈基片放置在距離蒸發(fā)源25~28 cm位置處。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，其特征在于，步驟(2)包括:將化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)腔抽真空至氣壓低于I mTorr，而后充入載氣進(jìn)行充洗。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米結(jié)構(gòu)碲單晶的制備方法，其特征在于，步驟(2)包括:在沖洗完成后，將所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)的氣壓維持于10 Torr0
【文檔編號(hào)】C30B29/02GK103710746SQ201310547345
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】程國(guó)勝, 張 杰, 孔濤, 黃榮, 衛(wèi)芬芬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所