一种钙钛矿CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线及其制备方法技术

一种钙钛矿CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线及其制备方法，属于半导体材料制备技术领域，可解决现有制备方法在一维半导体异质结生长方向存在阻碍的问题，本发明专利技术生长CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线使用可控双温区管式炉，使用大管套小管式生长模式，本发明专利技术利用了改变蒸发源的材料来改变沉积材料的种类的技术，同时利用了精确控制压强、生长温度、气流大小以及隔离时间，生长出了CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线。本技术具有易操控、成本低、产量高等优点。产量高等优点。产量高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体材料制备
，具体涉及一种钙钛矿CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线及其制备方法。

技术介绍

[0002]纳米科技是当前世界各国科技研究的主要内容之一，纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域，并且纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。用纳米材料制作的器件重量更轻、寿命更长、成本更低、性能更优。纳米材料，以其优越的物理和化学性质，引起了科学界和学术界的广泛关注，尤其在新型纳米器件中，纳米材料展现出重要的研究价值和宽阔的前景。
[0003]一维半导体纳米结构，如线、管、带和棒，是新型微纳光电器件的基本构建单元。尤其是半导体纳米线，不仅具有较为独特的物理结构，同时具备独特的电学性质，因此在过去几十年内吸引力广大研究人员的密切关注。由于其独特的性质，将在光伏器件、纳米激光器、光探测器、发光二极管、光学逻辑运算器件等设计制备中具广阔的应用价值。例如，光伏器件中，作为空穴传输层可以大大提高光子的吸收率；在纳米激光器中，可作为理想的谐振腔，使增益介质全部位于单个物理体内，可以产生低阈值激光。由于一维结构纳米线，具有高的体表面积比、长载流子传输距离和高的光电转化效率，因此是构建新型纳米器件的重要组成部分。
[0004]在纳米材料，纳米器件发展日趋成熟的今天，对于纳米器件的多样化、小型化和多功能化提出了不小的挑战，具有异质结构的半导体纳米线作为半导体纳米线的一个重要分支，是实现器件在这些方面突破的重要基础。异质结纳米线，是一种带隙可调控的一维纳米材料，是在轴向方向，材料的带隙会发生改变的一维纳米材料。半导体的带隙发生改变，意味着半导体的吸收波长、发射波长和载流子运动在内的物理性质会发生变化，从而实现器件的多功能化。自然界中半导体的带隙有限而且不连续，在一定程度上限制了这些半导体纳米材料的应用，但随着纳米生长技术的发展，实现梯度能隙半导体纳米结构（纳米线）已成为可能。但是，生长出具有清晰界面的半导体异质结纳米线，仍然面临巨大挑战。
[0005]关于CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线的研究，在现有文献中还未见报道。
[0006]申请号2014100719607，一种半导体CdS/CdSSe异质结纳米线及其制备方法，公开了一种化学气相沉积一维半导体CdS/CdSSe异质结纳米线的制造方法，制备过程中利用一套反应源移动装置，需要将固体粉末源材料依次替换经过高温蒸发取液，通过严格控制每阶段生长温度，生长时间，在反应源材料的替换过程中引入隔离时间来排空前一步反应的残余蒸汽，为异质结不同阶段的生长提供一个洁净的环境，但是，该方法存在以下缺陷：生长CdS/CdSSe异质结纳米线时，使用的是单温区管式炉，由于单温区管式炉在沉积位置温差较大，导致沉积量过多，沉积速度过快，使衬底上形成各种各样的沉积物；生长CdS/CdSSe异质结纳米线使用的是单根石英管；生长CdS/CdSSe异质结纳米线时，由于温度骤降过快，沉
积范围窄，衬底无法大距离选择位置。

技术实现思路

[0007]带隙调控通过传统的外延生长技术、尺寸效应和合金化等手段来实现，但由于其成本较高和使用范围有限，不利于大规模生产。常规的化学气相沉积法（CVD），也是生长纳米材料的一种重要的方法，由于其成本低廉、易操作、产率高以及可大规模生产，引起了研究人员的广大关注。但是，由于在高温情况下，材料蒸汽不可控、组分单一、生长过程无法监控等困难，无法生长多组分材料异质结，导致传统的CVD方法在一维半导体异质结生长方向存在的阻碍。
[0008]本专利技术针对现有技术的不足，提供一种半导体CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线及其制备方法；得到了长度为10
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30微米，异质结处直径300
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700纳米的CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线。
[0009]本专利技术采用如下技术方案：一种钙钛矿CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线，所述CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线中CsPbCl3纳米线与CsPbI3纳米线之间的界面为陡峭界面；所述CsPbCl3纳米线为单晶结构纳米线，光致发光波长为420nm；所述CsPbI3纳米线为单晶结构纳米线，光致发光波长为700nm。
[0010]进一步地，所述CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线长度为10
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30微米，异质结处直径300
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700纳米。
[0011]一种钙钛矿CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线的制备方法，包括如下步骤：第一步，分别配取PbCl2/CsCl和PbI2/CsI，并将配好的PbCl2/CsCl和PbI2/CsI分别装入不同的玻璃舟内，将装有PbCl2/CsCl的玻璃舟标为1号舟，将装有PbI2/CsI的玻璃舟标为2号舟；第二步，取锡粉，溶于酒精中，配制锡溶液，将配制好的锡溶液滴入Si/SiO2衬底之上，放入鼓风干燥箱中挥发酒精，形成带有锡颗粒的Si/SiO2衬底；第三步，将1号舟推至可控双温区管式炉的左温区加热炉的中心位置，将2号舟推至于进气口与1号舟之间，位于管式炉加热区之外；将滴有锡颗粒的Si/SiO2衬底放置在右温区前端；第四步，将管式炉抽真空，通入载气后，右温区在20min内先升温至580℃，之后左温区在之后20min升温至610℃，维持此温度40min后，左温区在20min内降温至580℃，然后通过推进装置将2号舟迅速推进加热区中间位置，恒温20
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40min，得到CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线。
[0012]进一步地，第一步中所述PbCl2和CsCl的摩尔比为2:1，PbI2和CsI的摩尔比为2:1。
[0013]所述PbCl2、CsCl、PbI2和CsI的纯度均≧99.99%。
[0014]进一步地，第二步中所述锡溶液的浓度为0.2mg/mL。
[0015]进一步地，第四步中所述抽真空后，炉内气压为1.5
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4Torr，所述载气为氮气和氢气，其中用于生长CsPbCl3的氮气的流速为60sccm，用于生长CsPbI3的氮气的流速为40sccm，氢气的流速为35sccm。
[0016]进一步地，第四步中所述升温速率为20
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25℃/min，降温速率为2
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3℃/min。
[0017]本专利技术的有益效果如下：化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition）是指在高温条件下，气相原材料通过一定的化学反应生成另一种固态物质材料。传统的化学气相沉积法有与无法控制原材料的蒸汽浓度以及原材料的种类，所以无法生长出具有陡峭异质结一维半导体材料。本专利技术利用了改变蒸发源的材料来改变沉积材料的种类的技术，同时利用了精确控制压强、生长温度、气流大小以及隔离时间，生长出了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线，其特征在于：所述CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线中CsPbCl3纳米线与CsPbI3纳米线之间的界面为陡峭界面；所述CsPbCl3纳米线为单晶结构纳米线，光致发光波长为420nm；所述CsPbI3纳米线为单晶结构纳米线，光致发光波长为700nm。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线，其特征在于：所述CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线长度为10
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30微米，异质结处直径300
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700纳米。3.一种如权利要求1或2所述的钙钛矿CsPbCl3/CsPbI3异质结纳米线的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，分别配取PbCl2/CsCl和PbI2/CsI，并将配好的PbCl2/CsCl和PbI2/CsI分别装入不同的玻璃舟内，将装有PbCl2/CsCl的玻璃舟标为1号舟，将装有PbI2/CsI的玻璃舟标为2号舟；第二步，取锡粉，溶于酒精中，配制锡溶液，将配制好的锡溶液滴入Si/SiO2衬底之上，放入鼓风干燥箱中挥发酒精，形成带有锡颗粒的Si/SiO2衬底；第三步，将1号舟推至可控双温区管式炉的左温区加热炉的中心位置，将2号舟推至于进气口与1号舟之间，位于管式炉加热区之外；将滴有锡颗粒的Si/SiO2衬底放置在右温区前端；第四步，将管式炉抽真空，通入载气后，右温区在20min内先升温至580℃，之后左温区在之后...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鹏飞，刘达，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：