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在低温下任意表面上的纳米碲电子器件的气相沉积制造技术

技术编号:40576055 阅读:5 留言:0更新日期:2024-03-06 17:17
本发明专利技术涉及纳米材料,公开了一种生长半导体碲纳米网的方法,包括以下步骤:准备基底、在第一温度下汽化碲粉末、以及在第二温度下使用汽化的碲粉末在基底上生长碲纳米网。其中,第一温度高于第二温度。合理设计的纳米网表现出杰出的材料特性,如微米级的图案设计能力,优秀的场效应空穴迁移率,在光通信区域的快速光响应,以及可控的混合维异质结的电子结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料,特别是涉及纳米材料的制造工艺。


技术介绍

1、在过去的几十年里,一维(1d)纳米材料作为新兴电子产品的主要驱动力而被广泛探索1,2。特别是,由单晶无机材料制成的纳米线(nanowire,简称nw)能够满足所有的性能要求,包括但不限于载流子迁移率、机械灵活性、能源效率和光学透明度3,4。然而,这些纳米线的可扩展性和可集成性仍然不足,特别是当大面积和低成本的电子器件被当今的物联网(iot)应用所高度需求时5。从那时起,许多纳米线组装策略,包括合成后组装和原位外延生长,已经被开发出来,以通过配置大规模单晶纳米线平行阵列或随机分布纳米网来解决可扩展性的问题。

2、合成后组装,如接触印刷和液相沉积,通常用于将单晶纳米线组装到高性能电子和光电子6,7,8,9。利用合成后组装的优势,一些研究团队已经使用iii-v族平行阵列纳米线和碳纳米管(cnt)薄膜作为沟道层开发了电路级的柔性器件应用,例如逻辑门10、环形振荡器11、和人造皮肤12,13。人们注意到,尽管这些组装方法普遍适用于不同的一维纳米材料,但成本密集和缓慢加工工艺将阻碍合成后组装工艺的实际利用5。或者,为了绕过复杂的两步组装过程,原位外延生长被深入研究,以自下而上的方式构建一维材料并探索其功能器件3,14。例如,在蓝宝石(α-al2o3)的特定晶体平面上生长出具有可控晶体方向的氮化镓(gan)晶圆14。然而,这些方式总是涉及到高生长温度、严格的基底要求、以及难以捉摸的外延关系,这给材料加工增加了明显的复杂性。

3、在这些考虑下,人们希望用替代材料和新生长策略来解决当前一维纳米材料的挑战。最近,单元素碲(te)纳米片15,16、薄膜17,18、和一维链4,19,显示出良好的电子器件性能,具有良好的环境稳定性和高空穴迁移率,这主要是由于其窄带隙(0.35ev)和高电流承载能力。作为一种“类dna结构”的无机分子,一维碲原子链在被称为范德瓦尔斯(vdws)相互作用的微弱力量的作用下排列成六方晶体,而在每个原子链中,共价键的碲原子沿c轴螺旋状排列15。上述的范德瓦尔斯相互作用,加上碲晶体的高度各向异性的结晶结构,将有可能决定一维纳米结构的生长。这样的真正的一维系统,由范德瓦尔斯作用键合的原子链组成,为克服那些对制造传统一维材料的严重限制,提供了契机19。


技术实现思路

1、因此,本专利技术在一方面提供了一种生长半导体碲纳米网的方法,包括以下步骤:准备基底、在第一温度下汽化(vaporize)碲粉末、以及在第二温度下使用汽化的碲粉末在基底上生长碲纳米网(nanomesh)。其中,第一温度高于第二温度。

2、优选地,基底包括弧形表面,而上述方法包括在该弧形表面上沉积所述汽化的碲粉末。

3、优选地,上述的第二温度为100℃。

4、优选地,上述的第一温度在450-500℃之间。

5、优选地,上述方法还包括在汽化步骤之后、生长步骤之前,将汽化的碲粉末输送到基底的表面的步骤。

6、优选地,在上述输送步骤中,使用氩气来输送汽化的碲粉末。

7、优选地,上述的生长步骤进一步包括:在基底上使碲分子成核(nucleating)、横向地生长纳米线、以及使纳米线自焊接以形成碲纳米网。

8、在另一方面,本专利技术还提供了一种创建图案化碲纳米网的方法,包括以下步骤:在基底上预置光刻胶、使用如上所述的方法在基底上生长碲纳米网、和从基底上剥离所述光刻胶。

9、本专利技术的示范实施例中生长半导体碲纳米网的方法,基于范德瓦尔斯相互作用,仅在100℃下就能实现碲纳米网的气相生长,并且展示了自焊接的纳米网可以可靠地生长在任意表面上。存在于碲原子链之间以及碲纳米网和基材之间的多尺度范德瓦尔斯相互作用,赋予纳米网的横向生长和多表面生长的兼容性。合理设计的纳米网,表现出杰出的材料特性,如微米级的图案设计能力、优秀的场效应空穴迁移率、在光通信区域的快速光响应、以及可控的混合维异质结的电子结构。所有这些发现,可以为大面积组装功能性范德瓦尔斯纳米网铺平道路,其潜在的应用是其他方式无法实现的。

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【技术保护点】

1.一种生长半导体碲纳米网的方法,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的方法,其中所述基底包括弧形表面,所述方法包括在该弧形表面上沉积所述汽化的碲粉末。

3.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二温度为100℃。

4.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一温度在450-500℃之间。

5.根据权利要求1所述的方法,进一步包括在所述汽化步骤之后、所述生长步骤之前,将所述汽化的碲粉末输送到所述基底的表面的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法,其中在所述输送步骤中,使用氩气来输送所述汽化的碲粉末。

7.根据权利要求1所述的方法,其中所述生长步骤进一步包括:

8.一种创建图案化碲纳米网的方法,包括以下步骤:

【技术特征摘要】

1.一种生长半导体碲纳米网的方法,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的方法,其中所述基底包括弧形表面,所述方法包括在该弧形表面上沉积所述汽化的碲粉末。

3.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二温度为100℃。

4.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一温度在450-500℃之间。

5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员:何颂贤孟优王巍王伟军
申请(专利权)人:香港城市大学
类型:发明
国别省市:

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