[發明專利]一種常壓下鍺錫納米材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010652263.6
• 申請日: 2020-07-08
• 公開（公告）號: CN111893454B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 馬淑芳;楚陽陽;單恒升;魏宇;尚林;席婷;孔慶波;許并社
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C23C16/02
• 分類號: C23C16/02;C23C16/06;B82Y40/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

本發明提供了一種常壓下鍺錫納米材料的制備方法，屬于半導體納米材料技術領域。包括以下步驟：S1、取硅片，在其表面噴涂金屬催化劑處理；S2、將S1處理后的硅片平置于圓底瓷舟內的一端，其噴涂金屬催化劑的一面朝上；將以質量比為20～10:1的鍺粉和錫粉置于圓底瓷舟內的另一端，再將圓底瓷舟置于管式爐的加熱腔內，并在位于裝有鍺粉和錫粉的一端以200sc·cm氣體流量連續通入惰性氣體，然后將管式爐從室溫以5℃/min速率升溫至800～850℃后，保溫50～110min，再以5℃/min速率降至室溫，即在硅片表面獲得鍺錫納米材料。本發明能夠快速直接制備鍺錫納米材料，在整個制備過程中不需要廢氣處理、可以持續生產、設備簡單，易操作。

技術領域

本發明屬于半導體納米材料技術領域，具體涉及一種常壓下鍺錫納米材料的制備方法。

背景技術

納米科學與納米技術是當前最活躍的領域之一，而一維半導體納米材料由于具有很特殊的電學及光學的尺寸依賴性以及現代電子工業中的潛在應用已經越來越多的吸引了人們的廣泛關注，對一維半導體納米材料如納米線等在納米級的電子器件、傳感器、連接導線等方面具有很好的應用前景。量子點是零維系統，是尺寸非常小的晶體結構，零維納米點優異的電學、光學、熱學性能已經越來越被人們熟知；納米線是一種厚度在納米范圍的材料。是一種納米尺度(1納米＝10^-9米)的線，在這種尺度上，量子力學效應很重要，因此也被稱作“量子線”。

鍺(Ge)為IV主族元素,是一種重要的半導體材料。與塊體硅相比,塊體鍺的某些性能在應用上更有優勢：(1)鍺的本征載流子(電子和空穴)遷移率高,室溫下其遷移率分別為μ_n＝3900cm²/(V·s)和μ_p＝1900cm²/(V·s),而硅的載流子(電子和空穴)遷移率分別為μ_n＝1500cm²/(V·s)和μ_p＝450cm²/(V·s),在制備高頻及快速轉換器件方面很有潛力；(2)鍺的本征載流子濃度高,其載流子濃度為2.4×10¹³/cm³,而硅的載流子濃度為1.45×10¹⁰/cm³；(3)鍺的玻爾半徑為24.3nm，遠大于一般半導體材料的玻爾半徑(例如硅的玻爾半徑4.9nm)，所以鍺量子點、納米線更容易呈現量子限制效應等性能。因為與GaAs等III-V族材料有相近的晶格常數,鍺與III-V族半導體材料更容易匹配，所以鍺納米材料在新型納米電子器件、納米連接導線等領域具有重要的潛在應用價值。

鍺納米點、線及陣列的電子輸運、光致發光(PL)、光電導等性能也獲得了廣泛研究，這些都為推動鍺納米材料的實際應用奠定了良好的實驗基礎。目前，本領域技術人員已經采用激光燒蝕、化學氣相沉積(CVD)、熱蒸發、模板法、超臨界溶液法、等離子體技術及磁控濺射等技術制備出了高質量的鍺納米點、線及其陣列。現有的這些技術使用的溫度和壓力條件苛刻，時間成本大、使用設備昂貴，尤其采用化學法合成法試劑難以去除，影響實驗測試結果。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的不足，提供一種常壓下鍺錫納米材料的制備方法，能夠快速直接制備鍺錫納米材料，在整個制備過程中不需要廢氣處理、可以持續生產、設備簡單，易操作。

本發明的目的是提供一種常壓下鍺錫納米材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、取硅片，在其表面噴涂金屬催化劑處理；

S2、將S1處理后的硅片平置于圓底瓷舟內的一端，其噴涂金屬催化劑的一面朝上；

將以質量比為20～10:1的鍺粉和錫粉置于圓底瓷舟內的另一端，再將圓底瓷舟置于管式爐的加熱腔內，并在位于裝有鍺粉和錫粉的一端以200sc·cm氣體流量連續通入惰性氣體，然后將管式爐從室溫以5℃/min速率升溫至800～850℃后，保溫50～110min，再以5℃/min速率降至室溫，即在硅片表面獲得鍺錫納米材料。