一种大面积纳米阵列的制备方法技术

本发明专利技术提供一种大面积纳米阵列的制备方法，包括步骤：首先，提供一衬底，采用低能离子束辐射所述衬底的表面，形成锯齿状纳米结构周期阵列；然后，采用沉积工艺在所述锯齿状纳米结构周期阵列的一侧沉积材料层，形成纳米结构阵列。本发明专利技术制备纳米阵列只需要两步，使传统制备纳米阵列的工艺大大简化。采用本发明专利技术的制备方法，可以快捷地得到有序纳米阵列，而不是散乱的纳米线或纳米管等，有利于进一步实现纳米器件的制备。此外，该方法可以在整片衬底上都产生纳米阵列结构，从而实现大面积的纳米阵列结构的制备，降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种大面积纳米阵列的制备方法
本专利技术涉及纳米材料制备
，特别是涉及一种大面积纳米阵列的制备方法。
技术介绍
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或者由它们作为基本单元构成的材料。由于纳米材料的尺寸非常微小，因而呈现出块体材料所不具备的基本效应：如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。其中，纳米结构阵列特别是纳米线阵列就是纳米材料中的一个典型的代表，其在催化行业、医学行业、生物分析、电子工业、传感器等领域都有着重要的应用。因而，如何制备大面积的纳米结构阵列引起了人们的关注。最近，很多纳米线体系并没有得到商业应用，这是因为其制备成本过高，纳米线合成的尺度大小的可控性也比较差。通常现在纳米线阵列的合成方法有两种，一种是以电化学方法为代表从下向上生长，另一种是利用电子束光刻对材料层进行刻蚀。这些合成系统都很复杂，导致成本过高。因而，发展一种简单而且可以大面积制备纳米线阵列的方法就显得尤为重要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种大面积纳米阵列的制备方法，用于解决现有技术中纳米体系材料制备成本过高、制备工艺复杂且纳米尺寸可控性差的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种大面积纳米阵列的制备方法，所述制备方法至少包括：提供一衬底，采用低能离子束辐射所述衬底的表面，形成锯齿状纳米结构周期阵列；采用沉积工艺在所述锯齿状纳米结构周期阵列的一侧沉积材料层，形成纳米结构阵列。作为本专利技术大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述衬底为由至少两种化学元素所组成的单晶材料。作为本专利技术大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，采用低能离子束正向辐照所述衬底表面，所述衬底的整个待构造表面受到相同条件的离子束辐照。作为本专利技术大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述离子束产生的离子动能到50eV到100keV之间。作为本专利技术大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，纳米制备离子辐照过程中，所述衬底是由一个接触式加热器和/或由离子束流产生的自加热效应来进行加热。作为本专利技术大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述衬底在离子束辐照过程中的加热温度至少要达到材料的再结晶温度。作为本专利技术大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述衬底在离子辐照过程中的加热温度最高为到材料表面台阶的Ehrlich-Schwoebel势垒失效温度。作为本专利技术大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述沉积工艺为分子束外延或者化学气相沉积工艺，沉积的角度范围为0～90°，沉积的材料层为金属、半导体或者氧化物。作为本专利技术大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述材料层的宽度最大不超过锯齿状纳米结构周期阵列的待沉积侧壁的宽度。作为本专利技术大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述纳米阵列为纳米线、纳米管或者纳米颗粒阵列。如上所述，本专利技术的大面积纳米阵列的制备方法，包括步骤：首先，提供一衬底，采用低能离子束辐射所述衬底的表面，形成锯齿状纳米结构周期阵列；然后，采用沉积工艺在所述锯齿状纳米结构周期阵列的一侧沉积材料层，形成纳米阵列。本专利技术制备纳米阵列只需要两步，使传统制备纳米阵列的工艺大大简化。采用本专利技术的制备方法，可以快捷地得到有序纳米阵列，而不是散乱的纳米线或纳米管等，有利于进一步实现纳米器件的制备。此外，该方法可以在整片衬底上都产生纳米阵列结构，从而实现大面积的纳米阵列结构的制备，降低成本。附图说明图1是本专利技术大面积纳米阵列的制备方法流程图。图2是本专利技术大面积纳米阵列的制备方法中低能离子辐照衬底表面的结构示意图。图3是本专利技术大面积纳米阵列的制备方法中采用掠入射工艺形成的纳米阵列结构示意图。图4是本专利技术大面积纳米阵列的制备方法中低能离子辐照GaAs衬底表面形成高度规则锯齿状纳米结构周期阵列的SEM照片。图5是本专利技术大面积纳米阵列的制备方法中低能离子辐照GaAs衬底表面形成高度规则锯齿状纳米结构周期阵列的TEM截面照片。图6是图5中单个锯齿状结构的TEM放大照片。图7是本专利技术制备形成的金纳米线阵列的SEM照片。图8为本专利技术制备形成的金纳米线阵列的TEM截面照片。元件标号说明S1～S2步骤1衬底2纳米结构阵列、材料层3离子束4锯齿状纳米结构周期阵列具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例一本专利技术提供一种大面积纳米阵列的制备方法，如图1所示，所述制备方法至少包括如下步骤：首先执行步骤S1，请参阅附图2，提供一衬底1，采用低能离子束3辐射所述衬底1的表面，形成锯齿状纳米结构周期阵列4。所述衬底1为由至少两种化学元素组成的单晶材料，即由两种或更多化学成份组成的化学计量比的材料。根据一个实施方案，纳米制备的材料为化合物半导体材料，特别是III-V族化合物半导体材料如GaAs、InAs、GaSb。同时，纳米制备的材料也可以是II-VI族半导体材料，例如，ZnSe、CdTe、HgS或者是由化学周期表中两种四族元素组成的化合物，例如，SiC或SiGe。另外，进行纳米制备的衬底材料也可以是金属间化合物(如GaPd，FeAl，MgSi2)及氧化物(例如，TiO2，ZnO)。本专利技术采用低能离子束辐照衬底1表面，所述离子束3可以正向垂直辐照测你的表面，也可以采用其他可调的入射角度。本实施例中，所述离子束3正向辐照衬底表面。需要一个能产生能量范围在10～100000eV均匀离子束3的离子源。特别是使用气体离子源，包括He+，Ne+，Ar+，Kr+，Xe+惰性气体，或其他气体源,如N+，O+等气体离子。离子溅射需要真空条件，例如，在一个真空的腔体中完成，其压强在10-3mbar以下，离子能量在50eV～10keV之间。离子束的束流密度和离子流量密度在0～1017cm-2s-1之间，优选在1014cm-2s-1到1017cm-2s-1之间。离子剂量在1016cm-2and1020cm-2之间。离子辐照时间取决于具体的工艺条件，一般在10分钟到200分钟之间。为了使衬底1表面受到相同条件的辐照，离子束3可以采用大截面宽束，离子束3辐照时，其尺寸覆盖整个需要制备锯齿状纳米结构周期阵列4的面积，这样通过一步辐照就可以形成大面积的锯齿状纳米图形结构阵列4。另外，该专利技术在单晶衬底1表面制备锯齿状纳米周期阵列4时，衬底1将被加热，同时离子辐照溅射加热的单晶衬底1，实现表面锯齿状纳米结构周期阵列4的制备。对于不同衬底材料的加热，可以单独由一个接触式加热器进行加热或者单独由离子束流产生的自加热效应来进行加热，来达到本专利技术中制备单晶、规则纳米阵列的最佳条件。而对于本实施例例举的一些衬底材料，例如InAs、GaA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大面积纳米阵列的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：提供一衬底，采用低能离子束辐射所述衬底的表面，形成锯齿状纳米结构周期阵列；采用沉积工艺在所述锯齿状纳米结构周期阵列的一侧沉积材料层，形成纳米结构阵列。

【技术特征摘要】
2014.05.27 DE 102014107458.01.一种纳米线阵列的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：提供一衬底，采用低能离子束辐射所述衬底的表面，形成锯齿状纳米结构周期阵列，其中，所述衬底在离子束辐照过程中的加热温度至少要达到材料的再结晶温度，最高为到材料表面台阶Ehrlich-Schwoebel势垒失效温度，所述衬底为单晶材料，所述离子束产生的离子动能为50eV到100keV之间；采用沉积工艺在所述锯齿状纳米结构周期阵列的一侧沉积材料层，形成纳米线阵列。2.根据权利要求1所述的纳米线阵列的制备方法，其特征在于：所述衬底为由至少两种化...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧欣，贾棋，斯蒂芬·福斯柯，王曦，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心，
类型：发明
国别省市：上海;31