一种ZnSe纳米线及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种ZnSe纳米线及其制备方法和应用，该ZnSe纳米线沿<100>晶向生长，具有闪锌矿结构，其平均直径为20‑80nm，长度为0.5‑10μm，尺寸均匀，结晶度良好，无堆垛层错等结构缺陷。本发明专利技术通过将ZnSe粉末作为反应前驱物，以金作为催化剂，利用化学气相沉积法在FTO导电玻璃或SnO

ZnSe nano wire and preparation method and application thereof

The present invention relates to a ZnSe nano wire and its preparation method and application, the ZnSe nanowires along the < 100> crystal growth, with zinc blende structure, the average diameter of 20 80nm, length of 0.5 10 m, uniform size and good crystallinity, no stacking fault structure defects. The present invention uses ZnSe powder as reaction precursor and gold as catalyst, using chemical vapor deposition in FTO conductive glass or SnO

【技术实现步骤摘要】
一种ZnSe纳米线及其制备方法和应用
本专利技术涉及半导体材料与纳米
，具体涉及一种ZnSe纳米线及其制备方法和应用。
技术介绍
一维纳米结构材料因其较小的几何尺寸和形状的各向异性常而具有许多宏观材料所不具备的特殊性能，在光学、电子学、磁学以及其他物理和化学领域展现出了巨大的应用潜力，因此，各类半导体材料的一维纳米结构的可控制备已成为了当今材料科学领域的研究热点。硒化锌(ZnSe)作为一种重要的II-VI族半导体材料，因其具有较大的禁带宽度(2.7eV)、大的透光范围(0.5～22μm)、较高的发光效率和较低的吸收系数，被认为是构建蓝绿激光器、发光二极管和光电探测器等光电子器件的理想候选材料，近年来受到了广泛的关注。北京大学俞大鹏研究小组曾采用化学气相积法，以金作催化剂，硒和锌粉作为生长原料，在氢/氢混合气氛中成功地获得了生长取向以<111>和<112>晶向为主的ZnSe纳米线(Appl.Phys.Lett.,2003,82,3330-3332)。香港科技大学Chan等人则利用分子束外延法，以GaAs晶片作衬底，在530℃获得了ZnSe纳米线，并发现纳米线的直径与生长取向存在一定的联系，即当d>30nm时，纳米线沿<111>方向生长；而当d<10nm时，纳米线沿<110>或<112>生长(J.Cryst.Growth,2005,278,146-150)。但是，对于闪锌矿结构的面心立方晶体来说，沿<111>、<110>和<112>晶向生长的纳米线内部均易形成大量堆垛层错缺陷。这些堆垛层错缺陷的存在将严重影响纳米线的物理化学性质，进而限制其实际应用。相比之下，生长取向为<100>晶向的纳米线中完全不存在形成层错缺陷的问题，而且该类纳米线一旦形成极为稳定，生长过程中不会发生因取向改变而导致的扭曲、弯折的现象。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种沿<100>晶向生长的闪锌矿结构ZnSe纳米线及其制备方法和应用。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种ZnSe纳米线，其特征在于，所述ZnSe纳米线沿<100>晶向生长。本专利技术制备得到了仅沿<100>晶向生长的ZnSe纳米线，其结晶度良好，无堆垛层错等结构缺陷，生长过程中不存在因取向改变而扭曲、弯折的现象。根据本专利技术，所述ZnSe纳米线的直径为20-80nm，例如可以是20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm或80nm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，所述ZnSe纳米线的长度为0.5-10μm，例如可以是0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，所述ZnSe纳米线为闪锌矿结构。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的ZnSe纳米线的制备方法，所述方法为：以ZnSe粉末为原料，以FTO导电玻璃或SnO2单晶基片为衬底，以金为催化剂，通过化学气相沉积法使ZnSe在衬底上生长，得到所述ZnSe纳米线。本专利技术的关键在于化学气相沉积法制备ZnSe纳米线的过程中利用金催化剂和FTO导电玻璃或SnO2单晶基片衬底的协同作用实现了对纳米线生长取向的控制。且化学气相沉积法与其他方法相比，操作简单，工艺参数易于调控，成本低廉、易于规模化生产。作为优选的技术方案，本专利技术所述的ZnSe纳米线的制备方法包括以下步骤：(1)以FTO导电玻璃或SnO2单晶基片作为衬底，向衬底表面沉积金膜；(2)将步骤(1)沉积有金膜的衬底在真空中煅烧；(3)将步骤(2)煅烧后的衬底和装有ZnSe粉末的石英舟置于双温区管式炉的大石英管中；(4)对步骤(3)所述管式炉抽真空，同时通入保护性气体，对分别装有衬底和石英舟的温区同时进行加热，保温相同时间后自然冷却，在衬底上获得ZnSe纳米线。根据本专利技术，在步骤(1)之前依次使用异丙醇、丙酮、乙醇对衬底进行超声清洗，有效清除表面污染物。根据本专利技术，步骤(1)所述金膜作为纳米线生长的催化剂，其厚度为0.5-1nm，例如可以是0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9nm或1nm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。本专利技术需要将金膜的厚度控制在0.5-1nm内，当金膜的厚度过大时，热处理后所得金颗粒尺寸过大，无法生长出尺寸均匀的高质量ZnSe纳米线；当金膜的厚度过小时，热处理后所得金颗粒数量极少，相应地基底表面纳米线亦十分稀少。根据本专利技术，步骤(2)所述煅烧的温度为530-560℃，例如可以是530℃、535℃、540℃、545℃、550℃、555℃或560℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，步骤(2)所述煅烧的时间为10-30min，例如可以是10min、15min、20min、25min或30min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，步骤(3)所述ZnSe粉末的质量为15-50mg，例如可以是15mg、20mg、25mg、30mg、35mg、40mg、45mg或50mg，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。当ZnSe粉末不足时，衬底无法被ZnSe纳米线均匀覆盖；当ZnSe粉末过量时，产物形貌发生变化，无法得到形貌均一的纳米线。根据本专利技术，步骤(3)中调整石英舟和衬底的位置分别位于管式炉第一温区和第二温区的正中心。根据本专利技术，步骤(4)中从靠近衬底的一侧抽真空。根据本专利技术，步骤(4)中从靠近石英舟一侧通入保护性气体吹扫15-30min后再进行加热，以排除管内的残留气体。从靠近衬底一侧抽真空并从靠近石英舟一侧通入保护性气体的主要目的在于使得ZnSe受热蒸发后向衬底方向移动，从而均匀的沉积在衬底上。根据本专利技术，步骤(4)所述保护性气体为氩气和/或氮气。根据本专利技术，步骤(4)所述保护性气体的流速为500-900sccm，例如可以是500sccm、550sccm、600sccm、650sccm、700sccm、750sccm、800sccm、850sccm或900sccm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，将步骤(4)中装有衬底的温区升温至500-540℃，例如可以升温至500℃、505℃、510℃、515℃、520℃、525℃、530℃、535℃或540℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，将步骤(4)中装有衬底的温区升温至500-5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZnSe纳米线，其特征在于，所述ZnSe纳米线沿<100>晶向生长。

【技术特征摘要】
1.一种ZnSe纳米线，其特征在于，所述ZnSe纳米线沿<100>晶向生长。2.如权利要求1所述的ZnSe纳米线，其特征在于，所述ZnSe纳米线的直径为20-80nm；优选地，所述ZnSe纳米线的长度为0.5-10μm；优选地，所述ZnSe纳米线为闪锌矿结构。3.如权利要求1或2所述的ZnSe纳米线的制备方法，其特征在于，所述方法为：以ZnSe粉末为原料，以FTO导电玻璃或SnO2单晶基片为衬底，以金为催化剂，通过化学气相沉积法使ZnSe在衬底上生长，得到所述ZnSe纳米线。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)以FTO导电玻璃或SnO2单晶基片作为衬底，向衬底表面沉积金膜；(2)将步骤(1)沉积有金膜的衬底在真空中煅烧；(3)将步骤(2)煅烧后的衬底和装有ZnSe粉末的石英舟置于双温区管式炉的大石英管中；(4)对步骤(3)所述管式炉抽真空，同时通入保护性气体，对分别装有衬底和石英舟的温区同时进行加热，保温相同时间后自然冷却，在衬底上获得ZnSe纳米线。5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在步骤(1)之前依次使用异丙醇、丙酮、乙醇对衬底进行超声清洗。6.如权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述金膜的厚度为0.5-1nm；优选地，步骤(2)所述煅烧的温度为530-560℃；优选地，步骤(2)所述煅烧的时间为10-30min；优选地，步骤(3)所述ZnSe粉末的质量为15-50mg。7.如权利要求3-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中调整石英舟和衬底的位置分别位于管式炉第一温区和第二温区的正中心；优选地，步骤(4)中从靠近衬底的一侧抽真空；优选地，步骤(4)中从靠近石英舟一侧通入保护性气体吹扫15-30min后再进行加热；优...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚瑟·阿巴斯，张凯，宫建茹，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11