一种 CuI 纳米结构的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种CuI纳米结构的制备方法，包括如下步骤：清洗单晶硅衬底的表面，将其装入电子束蒸发装置的真空生长室中；采用电子束蒸发法在单晶硅表面生长一层铜薄膜；将所得的硅基铜薄膜悬挂于反应釜内，水平置于溶液上方，反应釜内的前驱溶液为CuCl2、聚乙烯吡咯烷酮及KI的混合水溶液；将反应釜密封后置于鼓风干燥箱内，于120～200℃条件下水热反应；反应完毕后将样品取出，清洗，吹干。本发明专利技术首次利用Cu薄膜和水热合成蒸发出的碘蒸气作为反应原材料，在低温高压条件下制备出大面积均匀的CuI纳米材料，制备工艺与光电器件制备工艺兼容。

Preparation method of CuI nano structure

The invention relates to a preparation method of CuI nano structure, which comprises the following steps: cleaning the surface of the silicon substrate, the vacuum electron beam evaporation device into the growth chamber; growing a layer of copper film on the silicon surface by electron beam evaporation; the silicon copper thin film from hanging in the reaction kettle. The top level is placed in the solution, the precursor solution in the reaction kettle for the mixed solution of CuCl2, polyvinylpyrrolidone and KI; the reaction kettle seal in blast drying box, from 120 to 200 DEG C under the condition of thermal reaction; after the reaction samples will be taken out, cleaned, dried. The first use of Cu films and the hydrothermal synthesis of evaporation of iodine vapor as reaction raw materials, the preparation of CuI nano materials and large area uniform at low temperature and high pressure conditions, preparation technology and optoelectronic device fabrication process compatible.

【技术实现步骤摘要】
一种CuI纳米结构的制备方法
本专利技术涉及一种CuI纳米结构的制备方法，属于半导体材料

技术介绍
CuI是一种直接带隙宽禁带半导体材料，禁带宽度为3.1eV，激子束缚能高达约62meV。CuI材料在可见光区具有较高的透过率(80％)。由于CuI材料一般存在过剩的碘离子而造成铜空位缺陷，因此表现出p型导电性，且具有较高的空穴迁移率(>40cm2V-1s-1)。此外，CuI还具有无毒、储量丰富、成本低廉的优点。这些优点使得CuI材料在太阳能电池、光电探测器、光电学传感器、显示器件及透明导电薄膜领域表现出广泛的应用前景。目前，人们利用多种方法实现了CuI薄膜及纳米结构的制备，其中包括真空热蒸发技术、磁控溅射、脉冲激光沉积等物理方法。然而这些制备技术存在真空条件较高、设备操作复杂、制备温度高等缺点。此外，人们还研究了(电)化学合成、高温碘化及溶胶凝胶等化学制备方法来制备CuI薄膜或纳米结构，这些技术尽管设备简单，但存在反应时间长、操作复杂等缺点。B.A.Nejand等人利用一种水热蒸发法制备了CuI纳米结构(MaterialsLetters132(2014)138-140)，这种方法制备温度较低、反应时间短且材料结晶质量较高，但存在材料生长不均匀的缺点，不能满足大面积器件应用需要。
技术实现思路
本专利技术针对现有CuI纳米结构制备方法上存在的不足，提供一种CuI纳米结构的制备方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种CuI纳米结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)清洗单晶硅衬底的表面，将其装入电子束蒸发装置的真空生长室中；2)采用电子束蒸发法在单晶硅表面生长一层铜薄膜；3)将步骤2)中所得的硅基铜薄膜悬挂于反应釜内，水平置于溶液上方，反应釜内的前驱溶液为CuCl2、聚乙烯吡咯烷酮及KI的混合水溶液；4)将步骤3)中的反应釜密封后置于鼓风干燥箱内，于120～200℃条件下水热反应；5)反应完毕后将样品取出，清洗，吹干。进一步，步骤2)中所述电子束蒸发法的具体工艺条件为背景真空为5×10-4～3×10-3pa,衬底温度为25～30℃，生长速度为0.15nm/s,所用铜蒸发源的纯度为99.999wt％,所得铜薄膜的厚度为50～500nm。进一步，步骤3)中所述前驱溶液中CuCl2的浓度为0.05～2mol/L,聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.1～1g/L,KI的浓度为0.05～2mol/L。进一步，步骤4)中水热反应的时间为30～180min。本专利技术的有益效果是：1)本专利技术首次利用Cu薄膜和水热合成蒸发出的碘蒸气作为反应原材料，在低温高压条件下制备出大面积均匀的CuI纳米材料，制备工艺与光电器件制备工艺兼容；2)本方法制备的CuI纳米结构大面积均匀、致密，结晶质量高且具有优异的光电性能，满足其在光电器件领域中的应用；3)本专利技术的制备方法简单、反应温度低、反应时间短，成本低廉，制备条件均处于密闭空间内，减少了碘对环境的污染，是一种环境友好型制备方法，适合于大规模工业化生产。附图说明图1为本专利技术水热反应装置内部结构示意图；图2为本专利技术实施例1所得CuI纳米结构的SEM图；图3为本专利技术实施例1所得CuI纳米结构的XRD图；图4为本专利技术实施例1所得CuI纳米结构的光致发光谱图；具体实施方式以下结合实例对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1：一种CuI纳米结构的制备方法，包括如下步骤：1)单晶硅(100)基片进行标准的RCA清洗，去除表面的有机物、金属离子杂质及灰尘，氮气吹干后装入电子束蒸发装置的真空生长室；2)电子束蒸发法在单晶硅(100)基片的表面生长一层铜薄膜，其具体工艺条件为背景真空为5×10-4～3×10-3pa,衬底温度为25～30℃，生长速度为0.15nm/s,所用铜蒸发源的纯度为99.999wt％,所得铜薄膜的厚度为200nm；3)将步骤2)所得硅基铜薄膜如图1所示悬挂于反应釜中，反应釜的前驱体溶液中CuCl2的浓度为0.1mol/L,聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.5g/L,KI的浓度为1mol/L，充分混合搅拌，反应釜中溶液的总量约占反应釜体积的2/3；4)将反应釜密封后置于鼓风干燥箱内，于160℃条件下水热反应120min；5)反应完毕后将样品取出，去离子水清洗，氮气吹干。实施例2：一种CuI纳米结构的制备方法，包括如下步骤：1)单晶硅(100)基片进行标准的RCA清洗，去除表面的有机物、金属离子杂质及灰尘，氮气吹干后装入电子束蒸发装置的真空生长室；2)电子束蒸发法在单晶硅(100)基片的表面生长一层铜薄膜，其具体工艺条件为背景真空为5×10-4～3×10-3pa,衬底温度为25～30℃，生长速度为0.15nm/s,所用铜蒸发源的纯度为99.999wt％,所得铜薄膜的厚度为50nm；3)将步骤2)所得硅基铜薄膜如图1所示悬挂于反应釜中，反应釜的前驱体溶液中CuCl2的浓度为0.05mol/L,聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.1g/L,KI的浓度为0.05mol/L，充分混合搅拌，反应釜中溶液的总量约占反应釜体积的2/3；4)将反应釜密封后置于鼓风干燥箱内，于120℃条件下水热反应180min；5)反应完毕后将样品取出，去离子水清洗，氮气吹干。实施例3：一种CuI纳米结构的制备方法，包括如下步骤：1)单晶硅(100)基片进行标准的RCA清洗，去除表面的有机物、金属离子杂质及灰尘，氮气吹干后装入电子束蒸发装置的真空生长室；2)电子束蒸发法在单晶硅(100)基片的表面生长一层铜薄膜，其具体工艺条件为背景真空为5×10-4～3×10-3pa,衬底温度为25～30℃，生长速度为0.15nm/s,所用铜蒸发源的纯度为99.999wt％,所得铜薄膜的厚度为50nm；3)将步骤2)所得硅基铜薄膜如图1所示悬挂于反应釜中，反应釜的前驱体溶液中CuCl2的浓度为2mol/L,聚乙烯吡咯烷酮的浓度为1g/L,KI的浓度为2mol/L，充分混合搅拌，反应釜中溶液的总量约占反应釜体积的2/3；4)将反应釜密封后置于鼓风干燥箱内，于200℃条件下水热反应30min；5)反应完毕后将样品取出，去离子水清洗，氮气吹干。为了验证本专利技术提供的制备方法的有益效果，我们对实施例1所得的CuI纳米结构进行了表征，如图2～4所示，从图2中可以看出，我们所制备的样品具有均匀致密的片状结构。利用X射线衍射仪表征了CuI纳米结构的结晶质量，从图3中可以看到，所制备的样品呈现多晶结构，其中220方向为CuI的优先生长方向。利用325nm的激光作为激发光源测试了CuI纳米结构的光致发光光谱，从图4中可以发现，CuI的光致发光光谱由410nm的带边发射以及和碘空位缺陷相关的宽带光谱(600～800nm)组成。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CuI纳米结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)清洗单晶硅衬底的表面，将其装入电子束蒸发装置的真空生长室中；2)采用电子束蒸发法在单晶硅表面生长一层铜薄膜；3)将步骤2)中所得的硅基铜薄膜悬挂于反应釜内，水平置于溶液上方，反应釜内的前驱溶液为CuCl2、聚乙烯吡咯烷酮及KI的混合水溶液；4)将步骤3)中的反应釜密封后置于鼓风干燥箱内，于120～200℃条件下水热反应；5)反应完毕后将样品取出，清洗，吹干。

【技术特征摘要】
1.一种CuI纳米结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)清洗单晶硅衬底的表面，将其装入电子束蒸发装置的真空生长室中；2)采用电子束蒸发法在单晶硅表面生长一层铜薄膜；3)将步骤2)中所得的硅基铜薄膜悬挂于反应釜内，水平置于溶液上方，反应釜内的前驱溶液为CuCl2、聚乙烯吡咯烷酮及KI的混合水溶液；4)将步骤3)中的反应釜密封后置于鼓风干燥箱内，于120～200℃条件下水热反应；5)反应完毕后将样品取出，清洗，吹干。2.根据权利要求1所述的CuI纳米结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述电子束蒸发...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立春，杨立新，林国琛，赵风周，曲崇，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37