[發(fā)明專利]基于單個(gè)極性半導(dǎo)體納米帶光彈簧的制作方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810030575.2
• 申請(qǐng)日: 2008-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN101224868A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭學(xué)軍;陳義強(qiáng);王甲世;姜傳斌;龔倫軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): B82B3/00
• 分類號(hào): B82B3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單個(gè)極性半導(dǎo)體納米帶光彈簧的制作方法。

背景技術(shù)

將納米帶光彈簧應(yīng)用于微/納電子機(jī)械領(lǐng)域，可望使元器件微型化、智能化，提高微/納電子機(jī)械系統(tǒng)的集成度。一些極性半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)在光照下將改變大小或形狀，這種在沒有直接接觸的情況下對(duì)機(jī)械變形的觸發(fā)，為能夠遙控操作的彈簧帶來了希望。微/納電子技術(shù)的飛速發(fā)展導(dǎo)致微電子機(jī)械系統(tǒng)的出現(xiàn)，而微/納機(jī)械系統(tǒng)的目標(biāo)是通過系統(tǒng)不斷微型化、高集成化來研究具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。因此探索納米結(jié)構(gòu)光彈簧在微/納電子機(jī)械以及元器件中的潛在應(yīng)用具有十分重要的意義。

由于摻鑭鐵電陶瓷材料有很高的壓電系數(shù)和光伏效應(yīng)，導(dǎo)致它的光致應(yīng)變大。例如：材料化學(xué)與物理(Materials?Chemistry?and?Physics?61(1999)36-41)報(bào)道，摻鑭鐵電陶瓷材料的光致應(yīng)變最大達(dá)到0.4％。利用光致應(yīng)變大的特點(diǎn)可制作出光致動(dòng)器件，光致動(dòng)器件與其他電制動(dòng)器件相比有明顯的優(yōu)勢(shì)，如無線遙控和抗電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，對(duì)光致動(dòng)器的研究主要分為兩個(gè)方面：第一，利用該特性人們已經(jīng)設(shè)計(jì)并制作出各種新型微結(jié)構(gòu)光致動(dòng)器件，例如，光致動(dòng)繼電器、光致動(dòng)步進(jìn)機(jī)、光致動(dòng)聲波器件和光跟蹤傳感器等(Mechatronics?10(2000)467-487)。另一方面，人們以提高光致動(dòng)器件的光致應(yīng)變量和響應(yīng)速度為目標(biāo)開展研究，例如：美國(guó)專利US5585961公開了提高光致動(dòng)開關(guān)響應(yīng)速度的一種方案。

低維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體金屬氧化物，尤其是一維II-VI族半導(dǎo)體氧化鋅、氧化錫和硫化鋅納米結(jié)構(gòu)，其優(yōu)越的光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)和光致伸縮特性使其在電子學(xué)、光電子學(xué)和微/納電子機(jī)械中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，因而受到廣泛的關(guān)注。目前，一維II-VI族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)材料的光敏特性、光伏特性、光電特性和光致發(fā)光特性的研究和應(yīng)用已有較多的報(bào)道，例如：一維納米結(jié)構(gòu)氧化鋅太陽電池，自然材料(Nature?Materials?4(2005)455-459)，場(chǎng)發(fā)射，應(yīng)用物理快報(bào)(Applied?Physics?Letters?90(2007)083107(1-3))，UV探測(cè)器，應(yīng)用物理快報(bào)(Applied?Physics?Letters?90(2004)4556-4558)，表面聲波，固體薄膜(Thin?solid?films?515(2007)8705-8708)。但是，受到低尺度表征技術(shù)的限制，低維II-VI族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)光機(jī)械性能的測(cè)量是困難的，尤其是光致伸縮特性以及由此制作的光彈簧至今還沒有報(bào)道。

基于單個(gè)II-VI族半導(dǎo)體壓電納米帶制作的光彈簧有如下優(yōu)點(diǎn)：第一，與現(xiàn)有摻鑭鐵電陶瓷材料制作光致動(dòng)器的最大光致應(yīng)變相比，光彈簧的最大光致應(yīng)變量達(dá)到2％；第二，納米結(jié)構(gòu)光彈簧具有體積小、定位精度高，適合于微/納電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)要求。該類光彈簧可作為微型光致動(dòng)器、光傳感器和光機(jī)械開關(guān)的核心部分，在高微型化、高集成度的微/納電子機(jī)械系統(tǒng)中具有潛在的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用II-VI族半導(dǎo)體單個(gè)壓電納米帶的光致伸縮效應(yīng)，制備一種納米結(jié)構(gòu)光彈簧，可作為微型光致動(dòng)器、光傳感器和光機(jī)械開關(guān)的核心部分，實(shí)現(xiàn)其在微/納電子機(jī)械系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。

本發(fā)明的目的是通過如下方式實(shí)現(xiàn)的：一種基于單個(gè)極性半導(dǎo)體納米帶光彈簧的制作方法，包括以下步驟：

1)以半導(dǎo)體粉末為原料，采用熱蒸發(fā)方法制備半導(dǎo)體納米帶絮狀物；

2)用揮發(fā)性溶液為分散液，將半導(dǎo)體納米帶絮狀物溶解在分散液中，并經(jīng)超聲振蕩后，使半導(dǎo)體納米帶絮狀物分散成單個(gè)極性半導(dǎo)體納米帶懸浮在分散液中；

3)將置于空氣中形成二氧化硅絕緣層的單晶硅片為襯底；

4)將懸浮單個(gè)極性半導(dǎo)體納米帶的分散液滴在襯底上經(jīng)自然揮發(fā)，得到隨機(jī)分布的單個(gè)半導(dǎo)體納米帶；

5)用納米探針技術(shù)，選取平躺在襯底上其垂直方向具有最大的自發(fā)極化和壓電效應(yīng)的單個(gè)極性半導(dǎo)體納米帶，作為基于單個(gè)極性半導(dǎo)體納米帶的光彈簧。

半導(dǎo)體粉末為II-VI族元素半導(dǎo)體粉末。

II-VI族元素半導(dǎo)體粉末為氧化鋅、硫化鋅和二氧化錫粉末。

揮發(fā)性溶液選取丙酮或乙醇。

單個(gè)極性半導(dǎo)體納米帶，是具有自發(fā)極化和可逆光致伸縮效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)，它們可以是量子點(diǎn)、納米帶、納米線、納米棒、納米管、納米環(huán)或納米薄膜。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：基于單個(gè)II-VI族半導(dǎo)體壓電納米帶制作的光彈簧在光輻照下的光致伸縮大，最大光致應(yīng)變量達(dá)到2％；光彈簧具有定位精度高，適合于微/納電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)要求。屬于納米高新技術(shù)領(lǐng)域。