金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体及其制备方法技术

一种金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体，包括：衬底；缓冲层，位于衬底之上；复合材料层，位于所述缓冲层之上，包括横向多孔氮化物模板层，以及填充于其多孔中的金属纳米线，上述复合材料半导体的制备方法包括：步骤1：在衬底上生长制备缓冲层和n型氮化物外延层；步骤2：将步骤1所制备的n型氮化物外延层制成横向多孔氮化物模板层；步骤3：在步骤2所制备的横向多孔氮化物模板层的孔中制备金属纳米线，得到复合材料层，制成金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体，以缓解现有技术中半导体材料在光电化学反应过程中易被腐蚀，利用局域表面等离子体增强效应提高半导体内部材料的光电特性时制备工艺复杂，易损伤体材料等技术问题。

【技术实现步骤摘要】
金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体及其制备方法
本公开涉及新材料及材料制备领域，尤其涉及一种金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体及其制备方法。
技术介绍
以GaN为代表的III族氮化物为直接带隙半导体材料，其带隙可通过调整并入的Al或者In的比例覆盖整个太阳光谱，同时具有高的击穿电压、强的抗辐射能力、高的电子迁移率、良好的热稳定性和化学稳定性等诸多优势，与传统的块材相比，横向多孔氮化物还具有比表面积大、横向多孔通道及孔壁上纳米尺度效应及界面效应等特点，可以有效地增强其光电响应特性、非线性光学特性以及光催化特性等性能，在发光、探测、催化及纳米光电子学等领域具有巨大的应用潜力。贵金属如Au、Ag、Al及其合金的等离子能量与氮化物的带宽接近，是紫外、可见光以及近红外波段范围内激发表面等离子体的首选材料，被广泛地应用于表面等离子体增强的氮化物发光及探测器件中，同时，Au、Ag化学性质稳定，在光电化学反应过程中不易被腐蚀，可以作为还原反应的活性点，有效地捕获半导体表面的光生电子，大大提高氮化物的光催化效率，然而在这些应用中，一方面只在半导体表面引入贵金属，在光辐照下在金属和半导体界面处产生局域表面等离子体增强效应，不利于提高半导体体材料内部的光电特性；另一方面，通过在材料生长中引入或在后续流片工艺中通过干法刻蚀等方式将贵金属引入半导体内部，需要考虑材料生长的复杂因素，且会存在干法刻蚀损伤造成的漏电等问题。公开内容(一)要解决的技术问题本公开提供了一种金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体及其制备方法，以缓解现有技术中半导体材料在光电化学反应过程中易被腐蚀，利用局域表面等离子体增强效应提高半导体内部材料的光电特性时制备工艺复杂，易损伤体材料等技术问题。(二)技术方案本公开提供一种金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体，包括：衬底；缓冲层，位于衬底之上；复合材料层，位于所述缓冲层之上，包括横向多孔氮化物模板层以及填充于其多孔中的金属纳米线。在本公开实施例中，所述横向多孔氮化物模板层制备材料包括：GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。在本公开实施例中，所述横向多孔氮化物模板层中孔的直径为5～100nm，孔道长度为1～300μm。在本公开实施例中，所述金属纳米线的制备材料包括：Au、Ag或Al。在本公开实施例中，所述金属纳米线的直径为5～100nm，长度为5nm～300μm。在本公开实施例中，所述金属纳米线为单晶。在本公开实施例中，所述金属纳米线的形貌包括：圆柱形或三角柱形。在本公开实施例中，所述缓冲层的制备材料包括：低温生长的GaN、AlN、ZnO或石墨烯。在本公开中还提供一种制备方法，用于制备上述任一项所述的金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体，包括：步骤1：在衬底上生长制备缓冲层和n型氮化物外延层；步骤2：将步骤1所制备的n型氮化物外延层制成横向多孔氮化物模板层；步骤3：在步骤2所制备的横向多孔氮化物模板层的孔中制备金属纳米线，得到复合材料层，制成金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体。在本公开实施例中，所述步骤3中采用电化学沉积的方法制备出复合材料层，具体包括：配制电镀液，将所述横向多孔氮化物模板层浸泡入所述电镀液中，将浸泡后的横向多孔氮化物模板层为工作电极、Pt片为对电极、Ag/AgCl电极为参比电极，在一定温度下，进行电镀沉积得到金属纳米线，制得复合材料层。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)通过金属纳米线的表面等离子体共振引起的局部电场增强，提高了其对可见光到紫外波段的光响应能力；(2)制备工艺环保、经济。附图说明图1为本公开实施例的基于金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体的三维结构示意图。图2为本公开实施例的基于Ag纳米线和横向多孔GaN复合材料截面的-扫描电子显微镜结果示意图；图3为本公开实施例的基于Ag纳米线和横向多孔GaN复合材料的局部放大的XRD示意图；图4为本公开实施例的基于Ag纳米线和横向多孔GaN复合材料在300nm～800nm光辐照下的吸收谱示意图；图5为本公开实施例的基于Ag纳米线和横向多孔GaN复合材料的光水解实验的光电流-电压示意图；图6为本公开实施例的基于Ag纳米线和横向多孔GaN复合材料半导体的紫外光电探测器实验的光谱响应示意图；图7为本公开实施例的基于Ag纳米线和横向多孔氮化物复合材料的制备流程图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】10-衬底；20-缓冲层；30-复合材料层；31-横向多孔氮化物模板层；32-金属纳米线。具体实施方式本公开提供了一种金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体及其制备方法，通过金属纳米线的表面等离子体共振引起的局部电场增强，提高了金属纳米线和多孔氮化物复合材料对可见光到紫外波段的光响应及提取能力，且制备工艺简单、环保、经济，以缓解现有技术中半导体材料在光电化学反应过程中易被腐蚀，利用局域表面等离子体增强效应提高半导体内部材料的光电特性时制备工艺复杂，易损伤体材料等技术问题。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。在本公开实施例中，提供一种金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体，图1为所述金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体的三维结构示意图，如图1所示，所述的复合材料，包括：衬底10；缓冲层20，位于衬底之上；复合材料层30，位于所述缓冲层之上，包括：横向多孔氮化物模板层31，用于为金属纳米线的合成提供电化学路径；以及金属纳米线32，填充于横向多孔氮化物模板层的多孔中。在本公开实施例中，所述衬底10的制备材料包括：蓝宝石、硅或碳化硅。所述衬底结构包括：平面或图形。在本公开实施例中，所述缓冲层20制备材料包括：低温生长的GaN、AlN、ZnO或石墨烯。在本公开实施例中，所述横向多孔氮化物模板层31的制备材料包括：GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。在本公开实施例中，所述横向多孔氮化物层31为n型重掺杂。在本公开实施例中，所述横向多孔氮化物层31中的孔的直径为5～100nm，孔道长度为1～300μm。在本公开实施例中，所述横向多孔氮化物层31中的孔形貌包括：圆柱形、三角柱形或者二者交替的混合形。在本公开实施例中，所述金属纳米线32包括：Au、Ag或Al。在本公开实施例中，所述金属纳米线32为单晶。在本公开实施例中，所述金属纳米线直径为5～100nm，长度为5nm～300μm。在本公开实施例中，所述金属纳米线形貌包括：圆柱形、三角柱形或二者交替的混合形。在本公开实施例中，所述金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体在紫外到可见光范围内均有较强的光响应及提取能力，可以广泛应用于光解水制氢及等离子体增强的半导体探测及发光领域。在本公开实施例中，图2为基于Ag纳米线和横向多孔GaN复合材料截面的扫描电子显微镜结果示意图，如图2所示，图2以500nm为参考比例，本公开实施例中的横向多孔GaN层31的孔径优选为40nm，孔道长度为150μm，Ag纳米线32的直径优选为40nm，横向多孔GaN层31和Ag纳米线32紧密结合构成Ag纳米线和横向多孔GaN复合材料层。在本公开实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体，包括：衬底(10)；缓冲层(20)，位于衬底之上；复合材料层(30)，位于所述缓冲层之上，包括横向多孔氮化物模板层(31)以及填充于其多孔中的金属纳米线(32)。

【技术特征摘要】
1.一种金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体，包括：衬底(10)；缓冲层(20)，位于衬底之上；复合材料层(30)，位于所述缓冲层之上，包括横向多孔氮化物模板层(31)以及填充于其多孔中的金属纳米线(32)。2.根据权利要求1所述的金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体，其中，所述横向多孔氮化物模板层(31)制备材料包括：GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。3.根据权利要求1所述的金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体，其中，所述横向多孔氮化物模板层(31)中孔的直径为5～100nm，孔道长度为1～300μm。4.根据权利要求1所述的金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体，其中，所述金属纳米线(32)的制备材料包括：Au、Ag或Al。5.根据权利要求1所述的金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体，其中，所述金属纳米线(32)的直径为5～100nm，长度为5nm～300μm。6.根据权利要求1所述的金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体，其中，所述金属纳米线(32)为单晶。7.根据权利要求1所述的金属纳米线和多孔氮化物复...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽霞，李婧，杨超，于治国，席鑫，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11