[發明專利]一種制備碲-碲化鉛納米晶組裝超晶格納米線陣列的方法

無效

• 申請號: 201410000512.8
• 申請日: 2014-01-01
• 公開（公告）號: CN103757688A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 薛方紅;汪曉允;黃昊;劉璐;董星龍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C30B7/12
• 分類號: C30B7/12;C30B29/62;C30B29/68;C30B29/46;B82Y40/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，涉及一種制備碲-碲化鉛（Te-PbTe）晶體組裝超晶格納米線陣列的方法。

背景技術

隨著納米科技的發展，人們已經能夠制備量子線、量子阱、超晶格等各種低維介觀結構。在這些介觀結構中由于電子波函數的相干長度與體系的特征長度相當，電子的物理性質完全受量子力學規律所支配，電子的波動性在輸運過程中得到充分的體現。半導體超晶格是由兩種不同材料以幾個納米到幾十個納米交替生長而成的多層異質結構晶體。由于這兩種材料的禁帶寬度不同，則其能帶結構出現了勢阱和勢壘。如果勢壘比較薄或高度比較低，由于隧道效應，使阱中電子隧穿勢壘的幾率變得很大，勢阱中分立的子能級就形成了具有一定寬度的子能帶，這種材料稱為超晶格。超晶格納米線陣列特殊的結構就決定了其大量界面及量子阱的存在，影響了載流子和激子在納米線生長方向和直徑方向的運動，從而導致特殊現象（效應）的出現，并直接影響了其在納米結構和納米器件中的應用。

碲(Te)是一種窄帶半導體材料，具有優良的光學、光電和熱電性質，已經成為電子計算機、通訊及宇航開發、能源、醫藥衛生所需新材料的支撐材料。PbTe是Ⅳ-Ⅵ族中一種重要的半導體材料，是一種窄帶隙半導體鉛鹽。PbTe同鉛的其他硫族化合物一樣，都是雙極型半導體，可以是p型也可以是n型。當Pb的含量高于PbTe的化學計量比1:1時，該化合物為n型半導體；反之，當Te的含量高于PbTe的化學計量比時，該化合物為p型半導體。另外還可以通過加入不同的雜質，改變其導電類型。由于其帶隙較窄（300K時，約為0.31eV），具有優越的電學、光學和磁學性質，所以廣泛應用在熱電領域，紅外光電器件和敏化太陽能電池領域上，其制備方法及光電磁性質的表征是目前最活躍的研究領域之一。為了獲得各類結構、體系的超晶格材料，人們在實踐中進行了多種探索：分子束外延、氣相沉積、激光燒蝕、磁控濺射、電化學沉積等方法都是被用來制備超晶格的有效方法。相對于其他方法，電化學沉積以其成本小、加工溫度低，常常在室溫、驅動力容易控制和產物結晶好等特點而被比較多地應用于超晶格材料的制備中。

近年來，有關低維超晶格納米結構材料的研究一直是業界的一個熱點。申請人利用脈沖電化學沉積法制備出了Bi/Sb超晶格納米線[Xue,F.H.;Fei,G.T.et.al,J?Am?Chem?Soc2005,127,15348]；M.S.Gudikse等利用激光輔助催化生長的方法制備出了GaAs/GaP[M.S.Gudiksen?et?al,Nature2002,415,617]；Akihiro?Ishida等利用分子束外延法制備出了PbSnCaTe/PbSnTe超晶格材料[A.Ishida?et?al,Jpn.J.Appl.Phys.,41(2002),p.3655]；Dhego?Banga等利用電化學原子層沉積法制備出了PbSe/PbTe超晶格材料[D.Banga?et?al,Journal?of?The?Electrochemical?Soci?ety,158(2)D99-D106(2011)]。然而，相對于各類異質材料超晶格的廣泛研究，Te-PbTe納米晶組裝超晶格納米線的制備方法還未見公開報道。本專利通過氧化鋁模板制備Te-PbTe晶體組裝超晶格納米線陣列主要是通過脈沖電流沉積或者直流電沉積方式。它成本低、工藝簡單方便、組分和結構易調控。在能源、熱電、光學和電學等方面存在巨大的潛在應用前景。

發明內容

本發明的目的在于避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種制備碲-碲化鉛納米晶組裝超晶格納米線陣列的方法，其步驟簡單，可控性強，成本低。

本發明使用脈沖電化學沉積技術，對含有鉛和碲元素的電解液進行脈沖電化學沉積，獲得Te-PbTe晶體組裝超晶格納米線。該方法包括以下具體步驟：

（1）采用二次陽極氧化法，在含有0.1～0.5M的電解液中通過陽極電化學腐蝕制備出多孔陽極氧化鋁模板（PAA），并在其背面濺射蒸鍍100nm～200nm的金膜作為電極。

（2）使用脈沖電化學沉積方法，在一定的沉積參數和條件下，以噴金的PAA模板作為陰極，石墨作為陽極，使用上述的含有Pb和Te元素的電沉積溶液，在氧化鋁模板孔道中進行PbTe和Te元素的電化學沉積。

（3）電沉積結束后，將樣品取出，放置去離子水中清洗，刻蝕掉氧化鋁模板后，得到Te-PbTe晶體組裝超晶格納米線陣列。