[發(fā)明專利]一種二氧化釩納米線及其制備方法、應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910860496.2
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN111204805A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張振華;趙曉迪;郭俊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: C01G31/02
• 分類號: C01G31/02
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;薄盈盈

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，為解決傳統(tǒng)二氧化釩納米線制備工藝生長周期長、效率低、范圍小的問題，提供了一種二氧化釩納米線及其制備方法、應(yīng)用，所述二氧化釩納米線由外延生長法制得，所述二氧化釩納米線同向分布，所述二氧化釩納米線的長度為3～13μm，直徑為0.3～1.2μm，長徑比為2.5～43。本發(fā)明可以實現(xiàn)在厘米級大小的襯底上均勻外延生長二氧化釩納米線，具有一定的方向性，并且其長度可以達到微米級；制備方法屬于物理氣相沉積法，成本低，周期短，效率高，可重復(fù)性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大規(guī)模外延生長的二氧化釩納米線及其制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)

釩是VB族元素，在釩的氧化物中，釩以+2、+3、+4、+5或者混合價態(tài)存在。其中二氧化釩(VO2)是一種典型的金屬-絕緣相變材料。在臨界溫度(68℃)附近電阻發(fā)生3-5個數(shù)量級的可逆變化，同時伴隨著光學(xué)、磁學(xué)性質(zhì)(反鐵磁到順磁)的轉(zhuǎn)變，這些特點使得二氧化釩在場效應(yīng)管、傳感器、熱敏電阻、光信息儲存等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。常見的幾種納米線的制備方法包括物理氣相沉積法、外來金屬催化的氣液固(VLS)方法等。密集的納米線陣列可以產(chǎn)生與納米復(fù)合材料中的納米柱類似的效果，這可以實現(xiàn)體積應(yīng)變，并且在材料選擇上具有更大的靈活性。

雖然傳統(tǒng)的物理氣相輸運法，可以制備出二氧化釩納米線，但是，這個過程需要二氧化釩粉末作為源，五氧化二釩作為催化劑，以硅為襯底，生長周期長、效率低、范圍小，而且生長出的納米線沒有方向性；外來金屬催化的氣液固方法為了最大限度地減少催化劑對二氧化釩的無意摻雜效應(yīng)，需要形成過飽和的共晶液，而這個過程是相當(dāng)困難的另一種低蒸汽壓的金屬催化劑。

中國專利文獻上公開了“A相二氧化釩納米線的制備方法”，申請公布號為CN103663556A，該發(fā)明中表面活性劑的加入使中間相B可以快速的轉(zhuǎn)變?yōu)锳相二氧化釩，并形成形貌、長徑比優(yōu)異的A相二氧化釩納米線，所制得的A相二氧化釩納米線非常純而且非常穩(wěn)定，但是，本發(fā)明制得的二氧化釩納米線沒有方向性。

基于以上分析，現(xiàn)階段仍然缺少快捷有效的方法來實現(xiàn)二氧化釩納米線的大規(guī)模具有方向性的外延生長，因此，亟待尋找一種實現(xiàn)大規(guī)模可外延生長的方向性的納米線的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服傳統(tǒng)納米線沒有方向性的問題，提供了一種沿襯底大規(guī)模外延生長的二氧化釩納米線。

本發(fā)明為了克服傳統(tǒng)二氧化釩納米線制備工藝生長周期長、效率低、范圍小的問題，提供了一種大規(guī)模外延生長二氧化釩納米線的制備方法，該方法屬于物理氣相沉積法，成本低，周期短，效率高，可重復(fù)性高。

本發(fā)明還提供了一種二氧化釩納米線在場效應(yīng)管、傳感器、熱敏電阻、光信息儲存領(lǐng)域中的應(yīng)用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種二氧化釩納米線，所述二氧化釩納米線由外延生長法制得，所述二氧化釩納米線同向分布，所述二氧化釩納米線的長度為3～13μm，直徑為0.3～1.2μm，長徑比為2.5～43。

本發(fā)明的二氧化釩納米線為一維單斜相二氧化釩納米線，可以實現(xiàn)在厘米級大小的襯底上均勻外延生長，具有一定的方向性，并且其長度可以達到微米級，密集的納米線陣列可以產(chǎn)生與納米復(fù)合材料中的納米柱類似的效果，這可以實現(xiàn)體積應(yīng)變，并且在材料選擇上具有更大的靈活性。

一種二氧化釩納米線的制備方法，包括以下步驟：

(1)清洗襯底；

(2)將釩源和襯底一并放在加熱容器里，然后放入管式爐中，控制爐內(nèi)的真空度10Pa以下；所述加熱容器可以是石英舟、坩堝等耐火材料制得的加熱皿；

(3)通入氧氬混合氣體，將管式爐進行升溫，并保溫；

(4)通入純氬氣，先降溫，然后保溫；