高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法，使用液滴辅助外延法，首先在硅基板用有机溶剂清洗，进行等离子体表面活化；之后硅基板在In喷雾中活化，硅基板表面形成有益成核位点；然后交替打开纳米线中各元素的蒸汽阀门，调节其中As或Sb的分子束当量压力改变纳米线中Sb的含量，控制纳米晶体的生长时间20～120分钟，使纳米线在喷雾中逐步生长；最后同时关闭各元素阀门终止纳米线的生长。本发明专利技术使用液滴辅助外延法在硅基上生长InAsSb纳米线，通过控制As或Sb的分子束当量压力可得到不同Sb含量的InAsSb纳米线；操作简单；当Sb含量为19％时，所得InAsSb纳米线的光致发光发射波长达到5.1μm，可覆盖更多频段的中红外。

【技术实现步骤摘要】
高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法
本专利技术属于纳米
，具体是一种高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法。
技术介绍
InAsSb合金具有独特的性质，其有直接可调的窄带隙能量，高热导率，小电子有效质量，长载流子寿命和高电子迁移率；InAsSb纳米线由其独特的一维结构在器件应用中具有诸多优点，如增强的光吸收，长载流子扩散长度，改进的载流子收集效率，具有不同晶格参数和掺杂的材料的组合自由度，使其广泛应用于光电子器件、高速电子器件、红外探测、太阳能电池中。将InAsSb纳米线生长于硅基体上，可得到中红外区域工作的高效率室温光电检测器。然而，由于Sb表面活性剂效应，掺入Sb于合金体系中容易产生高度致密的晶体缺陷，生产具有高Sb含量的高品质的InAsSb纳米线是一个挑战。已有一种Sb含量为15％的InAsSb纳米线，其光致发光发射波长仅为4.0μm，这将使InAsSb纳米线仅能覆盖部分中波长红外频带，在红外光电探测器中的应用受限。因此有必要开发一种拥有更长光致发光发射波长的Sb含量更高的InAsSb纳米线。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法，操作简单有效，操作温度在室温，InAsSb纳米线的晶体外形规则，InAsSb纳米线中Sb含量为19％时，光致发光发射波长延伸至5.1μm。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法，使用液滴辅助外延法，包括以下步骤：1)活化：硅基板用有机溶剂清洗，并进行等离子体表面活化；2)形成成核位点：硅基板在In喷雾中活化，硅基板表面形成有益成核位点；3)生长纳米线：交替打开纳米线中各元素的蒸汽阀门，调节其中一种元素的分子束当量压力并改变纳米线中Sb的含量，控制纳米晶体的生长时间，使纳米线在喷雾中逐步生长；4)终止生长：同时关闭各元素阀门终止纳米线的生长。进一步地，所述步骤1)中有机溶剂为丙酮。进一步地，所述步骤1)中等离子体表面活化的时间为20～40分钟。进一步地，所述步骤3)中各元素为In、As或Sb，交替打开的顺序为In、As或Sb的任意组合。进一步地，所述步骤3)中调节的元素为Sb或As，调节Sb的分子束当量压力时，In和As的比例保持不变，Sb的含量随Sb的分子束当量压力改变；调节As的分子束当量压力时，In和As的比例变化，Sb的分子束当量压力保持不变，Sb的含量随In和As的比例变化而改变。进一步地，所述步骤3)中纳米晶体的生长时间为20～120分钟。进一步地，所述步骤4)中纳米线终止生长时其长度范围为20～60nm。进一步地，所述纳米线为InAsSb纳米线，所述纳米线为六棱柱型，所述纳米线为纯闪锌矿结晶相。优选地，一种高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法，首先将硅基板用丙酮超声清洗，并进行等离子体活化30分钟；硅基板在In喷雾中活化，硅基板表面形成均匀的有益的成核位点；交替打开In、As和Sb的蒸汽阀门，调节Sb分子束当量压力控制纳米晶体中Sb元素的含量为19％，控制纳米晶体的生长时间为30分钟或120分钟，纳米线在喷雾中逐步生长；同时关闭In、As和Sb的蒸汽阀门，停止纳米线的生长，制得Sb含量为19％的InAsSb纳米线。本专利技术1)使用液滴辅助外延法在硅基上生长InAsSb纳米线，通过控制As或Sb的分子束当量压力改变纳米线中Sb的含量，可以得到不同Sb含量的纳米线；操作简单，容易实施；2)当Sb含量为19％时，所得InAsSb纳米线的光致发光发射波长达到5.1μm，可覆盖更多的中红外频带段；3)InAsSb纳米线呈规则的六棱柱型，呈纯闪锌矿结晶相，通过本专利技术纳米线的制备方法，晶体结构缺陷得到很好的抑制，晶体结构稳定，每条纳米线上的不同点的元素Sb分布均匀。附图说明图1为本专利技术在As/In通量比为50:50时，在Sb的分子束当量压力为4.5％时生长的Sb含量为19％的InAsSb纳米线的SEM图。图2为本专利技术Sb含量为3％(b)，16％(c)，19％(d)的的InAsSb纳米线以及Sb含量为0％(a)的InAs纳米线的高分辨率TEM图像和对应的电子衍射图。图3为本专利技术Sb含量为3％(b)，11％(c)，16％(d)和19％(e)的InAsSb纳米线以及Sb含量为0％(a)的InAs纳米线的10K光电子密度的演变曲线。图4为本专利技术Sb含量为3％(a)，11％(b)，16％(c)和19％(d)的单个InAsSb纳米线的EDX点的元素组成测试。具体实施方式下面结合优选的具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，便于更清楚地了解本专利技术，但本专利技术不局限于下述具体实施方式。本专利技术纳米线的生长方式为：首先，In原子在硅基板上形成成核位点，As元素蒸气在In元素的位点上进行晶型排布，在持续的In和As元素的分子束通量下，进行Sb元素的掺杂，使晶体持续生长，形成轴向生长的纳米线。本专利技术有两种控制Sb在InAsSb纳米线含量中的方法：当As/In通量比为保持不变时，改变Sb的分子束当量压力而得到Sb含量为3％，11％，16％和19％的InAsSb纳米线，具体为当As/In通量比为50:50时，当Sb的分子束当量压力由1.3％增大到4.5％时，Sb含量由4.5％增加到19％，此阶段内是线性的；Sb的分子束当量压力保持不变，调节As的分子束当量压力，In和As的比例变化后对应得到Sb含量为3％，11％，16％和19％的InAsSb纳米线，具体为当保持Sb的分子束当量压力为4.5％时，As/In由50:50增加到90:10，Sb的含量由19％下降到12％，此阶段内是线性的。本专利技术一种高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法，使用液滴辅助外延法，包括以下步骤：1)活化：硅基板用丙酮超声清洗，并进行等离子体表面活化20～40分钟；2)形成成核位点：硅基板在In喷雾中活化，In元素蒸汽在硅基板上与硅元素结合并形成晶核，使得硅基板表面形成有益的成核位点；3)生长纳米线：交替打开纳米线中In、As或Sb的蒸汽阀门，顺序可以任意组合，调节其中Sb或As的分子束当量压力，改变纳米线中Sb的含量，控制纳米晶体的生长时间在20～120分钟，使纳米线在喷雾中逐步生长为六棱柱型的InAsSb纳米线；4)终止生长：同时关闭各元素阀门终止纳米线的生长，终止生长时其长度范围为20～60nm。本专利技术可采用以下方法对InAsSb纳米线进行测试和表征：用电子扫描显微镜(SEM)来观察InAsSb纳米线的表面形貌；用高分辨透射电子显微镜(TEM)来观察纳米线晶体品质；用荧光光谱仪来测定荧光性能；用X-射线能谱仪来分析纳米线中各部分的元素组成；用傅里叶红外光谱来测定纳米线的温度敏感性和激发波长。实施例1在硅基板上制备InAsSb纳米线的方法，首先将硅基板用丙酮超声清洗，等离子体活化30分钟；硅基板在In喷雾中活化使得硅基板表面形成均匀的有益的成核位点；交替打开In、As和Sb的蒸汽阀门，调节Sb分子束当量压力为4.5％，同时As/In通量比为50:50，使得纳米晶体中Sb元素的含量为19％，控制纳米晶体的生长时间为120分钟，纳米线在喷雾中逐步生长；同时关闭In、As和Sb的蒸汽阀门，停止纳米线的生长，得到Sb含量为19％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法，使用液滴辅助外延法，其特征在于，包括以下步骤：1)活化：硅基板用有机溶剂清洗，并进行等离子体表面活化；2)形成成核位点：硅基板在In喷雾中活化，硅基板表面形成有益成核位点；3)生长纳米线：交替打开纳米线中各元素的蒸汽阀门，调节其中一种元素的分子束当量压力并改变纳米线中Sb的含量，控制纳米晶体的生长时间，使纳米线在喷雾中逐步生长；4)终止生长：同时关闭各元素阀门终止纳米线的生长。

【技术特征摘要】
1.一种高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法，使用液滴辅助外延法，其特征在于，包括以下步骤：1)活化：硅基板用有机溶剂清洗，并进行等离子体表面活化；2)形成成核位点：硅基板在In喷雾中活化，硅基板表面形成有益成核位点；3)生长纳米线：交替打开纳米线中各元素的蒸汽阀门，调节其中一种元素的分子束当量压力并改变纳米线中Sb的含量，控制纳米晶体的生长时间，使纳米线在喷雾中逐步生长；4)终止生长：同时关闭各元素阀门终止纳米线的生长。2.根据权利要求1所述的高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法，其特征在于：所述步骤1)中有机溶剂为丙酮。3.根据权利要求2所述的高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法，其特征在于：所述步骤1)中等离子体表面活化的时间为20～40分钟。4.根据权利要求1所述的高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法，其特征在于：所述步骤3)中各元素为In、As或Sb，交替打开的顺序为In、As或Sb的任意组合。5.根据权利要求4所述的高红外光效硅基InAsSb纳米线制备方法，其特征在于：所述步骤3)中调节的元素为Sb或As，调节Sb的分子束当量压力时，In和As的比例保持不变，Sb的含量随Sb的分子束...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹元成，汤舜，程琦，梁济元，闫继，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42