一种薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法技术

本发明专利技术涉及一种薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法。该方法包括基片的清洗；氧化铝非晶薄膜的制备；商用电子静电加速器对制备的非晶薄膜进行电子辐照；以及对辐照非晶薄膜进行退火处理等工艺步骤。通过上述步骤，在氧化铝非晶薄膜表面制备出氧化铝量子点，并通过控制电子辐照与退火处理参数可对量子点分布密度与几何结构特征参数进行调控。与现有技术对比，本发明专利技术是在氧化铝薄膜表面原位生长氧化铝量子点、不引入杂质、工艺简易；所得氧化铝薄膜为非晶态，因此本发明专利技术制备的氧化铝量子点圆形度较好、尺寸均匀、形态分布的单一性好。且采用商用电子静电加速器进行电子辐照，可实现大面积规模化制备及商业化应用。

Electronic irradiation preparation method for thin film surface alumina quantum dot

The invention relates to an electronic irradiation preparation method of a film surface alumina quantum dot. The method includes cleaning a substrate; alumina amorphous films prepared by electrostatic accelerator; commercial electronic electron irradiation on amorphous films; and annealing of irradiated amorphous thin film process. By these steps, the alumina quantum dots were prepared on the surface of alumina amorphous films, and the distribution density and geometrical characteristic parameters of quantum dots were controlled by controlling the parameters of electron irradiation and annealing. Compared with the prior art, the invention is the growth of quantum dots on the surface of alumina, alumina film in situ impurity, and simple process; the alumina film is amorphous, so the invention of alumina quantum dots, good roundness and uniform size distribution of a single well. The commercial electron electrostatic accelerator can be used for electron irradiation, which can be used for large scale preparation and commercial application.

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法
本专利技术属于量子点制备
，具体涉及一种薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法。
技术介绍
氧化铝量子点是一种准零维纳米结构、封闭电子而形成的极小氧化铝颗粒，其半径小于或接近于块体材料，尺寸通常在1nm～100nm之间。由于氧化铝量子点的小尺寸结构，使准连续能带演变为分立能级结构，从而具有区别于块体材料的迥异性质，包括小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、电子限域效应和独特的表面效应等；因此，它表现出一系列新颖的物理性能与化学性能。目前，氧化铝量子点的制备方法主要包括模板法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等。一方面，这些方法在不断的提高和革新；另一方面，也陆续有新的制备工艺被引入。其中，电子束辐照方法是一种极具潜力的量子点候选制备工艺。电子束辐照方法通过载能电子作用于被辐照材料的各个部分，制备的量子点分布均匀、几何结构参数易于调控。再者，电子束辐照不需要辅助生成剂，避免了杂质引入、生成物纯度高。此外，电子束辐照制备量子点是原位生长方法，其工艺流程简易、经济性好。目前，利用电子束辐照方法制备其它金属氧化物量子点的技术已有研究报道，包括电子束辐照制备的氧化锌量子点、氧化钛量子点等。但是，这些工艺所采用的电子束辐照装置都是透射电子显微镜(简称透射电镜)，其主要缺点是制备量子点样品的尺寸较小，通常在纳米至微米量级，而且制备的量子点主要适用于科学研究，难以大规模商业化应用。同时，透射电镜的电子束流强度有限，制备效率低。尤其是，目前利用更适用于工业化生产的电子静电加速器的电子辐照制备量子点技术鲜有报道。进一步地，科学界与工程界中也没有采用基于电子静电加速器的电子辐照方法制备氧化铝量子点的技术与研究。鉴于此，经本专利技术课题组探索研究，欲能提供一种基于电子静电加速器的薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照的制备方法，使具有新颖的物理性能与化学性能的氧化铝量子点更适用于工业化生产及商业化应用，这正是本专利技术的任务所在。
技术实现思路
本专利技术的目的正是针对现有技术中所存在的缺陷和不足，提供一种薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法；该方法采用反应溅射工艺制备氧化铝非晶薄膜；再利用电子静电加速器辐照氧化铝非晶薄膜，最后对辐照薄膜退火处理；即在薄膜表面制备出氧化铝量子点。本专利技术制备方法是在氧化铝薄膜表面直接原位生长氧化铝量子点，不需引入杂质、且工艺简易；由于采用电子静电加速器进行电子辐照，因此可以实现大面积规模化的制备氧化铝量子点及商业化应用。为实现上述目的，本专利技术采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。本专利技术所述的一种薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法，依次包括以下的工艺步骤：(1)基片的清洗处理首先将所用基片进行除杂、除油及去污清洗，然后用氮气吹干或烤箱烘干；随后将清洗干燥后的基片放入磁控溅射镀膜机中进行等离子体反溅清洗；(2)氧化铝非晶薄膜制备对步骤(1)进行等离子体反溅清洗后的基片，利用反应溅射工艺在该基片上沉积氧化铝非晶薄膜；(3)氧化铝非晶薄膜的电子辐照处理将步骤(2)在基片上沉积的氧化铝非晶薄膜样品放置在电绝缘的样品台上，采用加速器并用多步辐照方式对氧化铝非晶薄膜样品进行电子辐照处理；其辐照氛围为大气环境、辐照温度为室温、以确保氧化铝非晶薄膜样品的升温温度小于300℃；即可在氧化铝非晶薄膜表面生长出氧化铝量子点阵列；(4)氧化铝量子点的退火处理对步骤(3)经电子辐照制备的氧化铝量子点样品进行退火处理，具体作法是采用加热炉在大气或氧气氛围下退火处理；其退火温度300℃～400℃、升温速率5℃/～10℃/分钟，保温时间5～20分钟、随炉冷却至室温；通过退火处理后可以获得化学组分为标准化学计量比的、晶化完全的氧化铝量子点。上述技术方案中，步骤(1)中所述将基片进行除杂、除油及去污清洗，即依次使用硝酸、丙酮、无水乙醇和去离子水在超声波槽中对基片进行除杂、除油及去污清洗，清洗时间为20分钟。上述技术方案中，步骤(1)中所述基片采用表面光滑的单晶硅、或玻璃的弱导电性能的材料、且基片表面粗糙度(Ra)小于20nm。上述技术方案中，步骤(1)中所述等离子体反溅清洗工艺参数为：本底真空度<1×10-4Pa、工作气体为纯度高于99.95％的Ar气、反溅清洗偏压为-100V～-500V、反溅清洗气压为1.0Pa～5.0Pa、反溅清洗时间为5～30分钟。上述技术方案中，步骤(2)中所述利用反应溅射工艺在基片上沉积制备氧化铝非晶薄膜的反应溅射沉积工艺参数为：所用铝靶的纯度高于99.9％、反应溅射气体为Ar与O2的混合气、Ar与O2气体的纯度均高于99.95％、Ar/O2气体的流量比为1:1～5:1、反应溅射功率为50W～500W、反应溅射气压为0.1Pa～1.0Pa、沉积温度为室温。上述技术方案中，步骤(2)中所述制备的氧化铝非晶薄膜的厚度为500nm～2μm。上述技术方案中，步骤(3)中所述采用加速器对薄膜样品进行电子辐照处理，所述加速器为电子静电加速器，其满足的技术指标为：电子静电加速器电子能量在MeV量级、电子束流强度在μA量级，且电子能量与束流强度可调节；出束端的电子束为发散类型，且适合于大面积辐照处理。上述技术方案中，所述电子静电加速器对氧化铝非晶薄膜样品进行电子辐照处理，其电子辐照工艺参数为：电子能量为1.0～3.0MeV、氧化铝非晶薄膜表面的电子束流密度为0.1μA/cm2～0.5μA/cm2、其辐照剂量为1.0×1014e/cm2～1.0×1016e/cm2，其辐照总时间为60～120分钟。上述技术方案中，所述电子静电加速器的多步辐照方式是指每辐照20分钟后中断一次，中断停留时间为10分钟，再辐照20分钟，如此循环3～6次。本专利技术所述的一种薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法，可通过改变电子静电加速器电子束流密度、电子能量及电子辐照剂量，可以调控氧化铝量子点的分布密度与几何结构特征参数，如量子点的尺寸等；同时，通过改变退火温度、升温速率及保温时间也可以调控氧化铝量子点的分布密度与几何结构特征参数，如量子点的尺寸等。本专利技术与现有技术相比具有以下特点与有益的技术效果：1、本专利技术所述一种薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法，是采用电子静电加速器电子辐照方法在氧化铝薄膜表面制备氧化铝量子点，相对于现有技术，属于原位生长技术、不需要辅助生成剂、且不引入杂质、制备的氧化铝量子点纯度高。2、本专利技术所述一种薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法，由于采用商用电子静电加速器对氧化铝薄膜进行电子辐照生成量子点，不同于现有技术中的透射电子显微镜，尤其是在大气环境下进行电子辐照、不需要真空环境，因此工艺流程更加简易、经济性好；尤其是，采用商用电子静电加速器，可以实现大面积规模化制备，工业化生产以及更适合于商业化应用。3、本专利技术所述一种薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法，采用的商用电子静电加速器，其辐照电子束特性在于，电子能量高在MeV量级、且属于发散型电子束；与现有技术相比，使用这种电子束辐照的氧化铝量子点的生长机理是高能电子形成的表面电荷层导致的异向输运机制；同时，沉积的氧化铝薄膜为非晶态，因此本专利技术方法制备的氧化铝量子点圆形度较好、其尺寸均匀、形态分布的单一性好。4、本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法，其特征在于依次包括以下的工艺步骤：(1)基片的清洗处理首先将所用基片进行除杂、除油及去污清洗，然后用氮气吹干或烤箱烘干；随后将清洗干燥后的基片放入磁控溅射镀膜机中进行等离子体反溅清洗；(2)氧化铝非晶薄膜制备对步骤(1)进行等离子体反溅清洗后的基片，利用反应溅射工艺在该基片上沉积氧化铝非晶薄膜；(3)氧化铝非晶薄膜的电子辐照处理将步骤(2)在基片上沉积的氧化铝非晶薄膜样品放置在电绝缘的样品台上，采用加速器并用多步辐照方式对氧化铝非晶薄膜样品进行电子辐照处理；其辐照氛围为大气环境、辐照温度为室温、以确保氧化铝非晶薄膜样品的升温温度小于300℃；即可在氧化铝非晶薄膜表面生长出氧化铝量子点阵列；(4)氧化铝量子点的退火处理对步骤(3)经电子辐照制备的氧化铝量子点样品进行退火处理，具体作法是采用加热炉在大气或氧气氛围下退火处理；其退火温度300℃～400℃、升温速率5℃/～10℃/分钟，保温时间5～20分钟、随炉冷却至室温；通过退火处理后可以获得化学组分为标准化学计量比的、晶化完全的氧化铝量子点。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法，其特征在于依次包括以下的工艺步骤：(1)基片的清洗处理首先将所用基片进行除杂、除油及去污清洗，然后用氮气吹干或烤箱烘干；随后将清洗干燥后的基片放入磁控溅射镀膜机中进行等离子体反溅清洗；(2)氧化铝非晶薄膜制备对步骤(1)进行等离子体反溅清洗后的基片，利用反应溅射工艺在该基片上沉积氧化铝非晶薄膜；(3)氧化铝非晶薄膜的电子辐照处理将步骤(2)在基片上沉积的氧化铝非晶薄膜样品放置在电绝缘的样品台上，采用加速器并用多步辐照方式对氧化铝非晶薄膜样品进行电子辐照处理；其辐照氛围为大气环境、辐照温度为室温、以确保氧化铝非晶薄膜样品的升温温度小于300℃；即可在氧化铝非晶薄膜表面生长出氧化铝量子点阵列；(4)氧化铝量子点的退火处理对步骤(3)经电子辐照制备的氧化铝量子点样品进行退火处理，具体作法是采用加热炉在大气或氧气氛围下退火处理；其退火温度300℃～400℃、升温速率5℃/～10℃/分钟，保温时间5～20分钟、随炉冷却至室温；通过退火处理后可以获得化学组分为标准化学计量比的、晶化完全的氧化铝量子点。2.根据权利要求1所述的薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法，其特征在于步骤(1)中所述将基片进行除杂、除油及去污清洗，即依次使用硝酸、丙酮、无水乙醇和去离子水在超声波槽中对基片进行除杂、除油及去污清洗，清洗时间为20分钟。3.根据权利要求1或2所述的薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法，其特征在于步骤(1)中所述基片采用表面光滑的单晶硅、或玻璃的弱导电性能的材料、且基片表面粗糙度小于20nm。4.根据权利要求1或2所述的薄膜表面氧化铝量子点的电子辐照制备方法，其特征在于步骤(1)中所述等离子体反溅清洗工艺参数为：本底真空度<1×10-4Pa、工作气体为纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨吉军，苗发明，廖家莉，杨远友，刘宁，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51