[發明專利]用分子束外延（MBE）在GaSb襯底上無催化制備GaSb納米線的方法

有效

• 申請號: 201410165012.X
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN105019027B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 唐吉龍;方鉉;魏志鵬;高嫻;陳芳;房丹;李金華;楚學影;方芳;王曉華;王菲
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;C30B29/62;C30B25/16;B82Y40/00
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本發明涉及一種用新工藝方法制備GaSb納米線的方法，以分子束外延(MBE)為基礎，使用全新方法在GaSb襯底上制備GaSb納米線，屬于納米材料制備領域。在無催化劑、無模板的條件下利用MBE的超高真空環境，制備出高純度優質的GaSb納米線。最重要的步驟是在氧化層去除后，關閉Sb束流，使GaSb表面形成Ga富集區，形成新的納米線生長界面，然后再開啟Ga和Sb的擋板生長GaSb，由于表面狀態的不同而使GaSb區域性的三維生長，從而形成納米線結構，制備出GaSb襯底上的GaSb納米線。

技術領域

本發明涉及一種用新工藝方法制備GaSb納米線，以分子束外延（MBE）為基礎，使用全新方法在GaSb襯底上制備GaSb納米線，屬于納米材料制備領域。

背景技術

始于20世紀60年代制備和研究的納米線，因其徑向尺寸與軸向尺寸相比很小，是一種理相的一維納米結構，具有明顯的量子限制效應。納米線因為具有優異的光學、電學及力學特性自誕生起便引起了凝聚態物理界、化學界及材料科學界科學家們的關注，成為納米材料研究的熱點。因其獨特的電學、光學特性，在納米電子學、光電子學等方面有廣闊應用前景，如分子生物傳感器、場效應晶體管、納米激光器、邏輯門電路等。

納米線的制備方法可以分為生長法和腐蝕法。其中，生長法主要有化學氣相沉積、模板定向等；腐蝕法主要有激光燒蝕、濕法腐蝕、干法刻蝕。

化學氣相沉積法、激光燒蝕法、濕法腐蝕等方法制備納米線都需要相應的觸媒金屬或催化劑，并在納米線生長過程中形成生長中心，降低納米線的純度。如將這種納米線應用于光伏器件時，會減小少壽命，影響器件的效率。采用干法刻蝕法制備納米線也存在一些不足，如制備的納米線高寬比很小，對原材料的損傷較大，側向腐蝕嚴重。所以采用傳統方法制備納米線嚴重降低了納米線光電性能，有待于提高。

分子束外延(MBE)優勢

分子束外延(MBE)用途廣泛，操作原理簡單：在超高真空環境下，分子或原子束直接噴射到熱的襯底晶體上，完成晶體外延的生長。作為先進的材料外延生長設備，MBE可以解決傳統方法生長納米線的缺點，外延生長出完美的納米線結構。

GaSb材料優勢

GaSb是一種重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料。它的禁帶寬度比GaAs的小，與GaAs相比，它在中紅外應用方面有其獨特的優勢：從晶格常數來看，AlSb、GaSb、InAs的晶格常數非常接近，都在6.1?附近，有利于生長高質量的材料。從能帶結構來看，隨著材料組分的不同，In、Al、Ga、As、Sb等組分組成的三元系、四元系材料其能帶結構可從第一類結構轉化為第二類破隙型結構。這種能帶結構的特殊性給器件的設計增加了新的自由度，因此可以通過改變材料組分，改善器件的性能。正因為這些獨一無二的特點，GaSb基材料在中紅外激光器、探測器、高速微波器件以及垂直腔面發射激光器等領域有著廣闊的應用前景，已經引起各國科學家的關注。GaSb納米線的進一步提高了材料的比表面積，電子傳輸效率和量子效率。

本發明提出一種采用分子束外延技術在GaSb襯底上制備GaSb納米線的方法。本方法的優點在于：無需催化劑和任何模板，沒有復雜的化學反應，在超高真空的分子束外延設備中中生長GaSb納米線，為制備納米級光電子器件提供優異的材料。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種用MBE制備GaSb納米線方法。在無催化劑、無模板的條件下利用MBE的超高真空環境，制備出高純度優質的GaSb納米線。將GaSb襯底在MBE的Load-lock真空室和Buffer真空室中進行熱處理以去除襯底表面的雜質解吸附，得到潔凈表面，為生長GaSb納米線做準備。將處理好的襯底在真空的條件下導入生長室，將襯底在有Sb束流保護的條件下加熱至高溫去除襯底表面的氧化層。最重要的步驟是在氧化層去除后，關閉Sb束流，使GaSb表面形成Ga富集區，形成新的納米線生長界面，然后再開啟Ga和Sb的擋板生長GaSb，由于表面狀態的不同而使GaSb區域性的三維生長，從而形成納米線結構。