[發明專利]一種陣列異質結的自組裝生長方法

有效

• 申請號: 202010891855.3
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111816718B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 易慶華;叢姍;劉玉申
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院
• 主分類號: H01L31/0264
• 分類號: H01L31/0264;H01L31/0336;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 李嘉寧

本發明公開了一種陣列異質結的自組裝生長方法，包括如下步驟：配置PSS溶液；將陣列基底置于PSS溶液中浸泡，形成PSS修飾的陣列基底，顯負電性；配置聚乙烯亞胺輔助的金屬離子前驅體溶液，形成帶正電的離子團；將前驅體溶液滴加到PSS修飾的陣列基底上，正負基團的吸附作用將前驅體溶液吸附在陣列表面；熱處理即可形成穩定牢固的異質結陣列。本發明首次公開了一種通過PSS修飾顯負電性和PEI輔助形成的離子基團顯正電性的金屬離子前驅體溶液之間的正負吸引作用，將金屬離子前驅體溶液與陣列表面相連熱處理后形成穩定的異質結的自組裝的生長方法，該方法形成的異質結表面均勻，可控性強，為異質結的生長提供了可選擇的通用方法。

技術領域

本發明屬于半導體異質結技術領域，涉及一種陣列異質結薄膜的自組裝的生長方法，更具體的涉及一種以聚苯乙烯磺酸鈉和聚乙烯亞胺輔助形成金屬離子前驅體溶液在陣列基底表面生長異質結薄膜的方法。

背景技術

納米陣列如TiO₂、ZnO等陣列相比于平面薄膜具有獨特的結構、大的比表面積、對光有更高的捕獲效率、更高的量子效應等特點，在太陽能電池、發光器件、光催化等領域有廣泛的應用。然而單一材料具有自身的缺陷，在陣列表面生長另外一種材料形成陣列異質結則能結合兩者的優點，取長補短，甚至會由于材料之間的獨特的耦合機制而發揮出原有材料所不具備的新穎特性。

近年來的研究表明基于陣列異質結的應用領域廣泛，也證明了陣列異質結相比于單一的陣列具有優異的性能。浙江大學的Xia課題組在TiO₂陣列上生長Co₉S₈形成TiO₂@Co₉S₈陣列異質結，用于氧/氫逸出反應中作為雙功能催化劑具有優異的性能，參閱Adv. Sci.2018, 5, 1700772。上海交通大學的Li課題組在TiO₂陣列表面修飾了ZnO形成Z-型異質結的光陽極，具有高的光吸收特性及高的光電化學水解性能，參閱Appl.Catal. B-Environ.2020,267,118599。復旦大學的Fang課題組生長了一種ZnO/NiO的異質結，成功地應用于自充電的透明紫外探測器，參閱J. Mater. Chem. C2019,7, 223。從此可知，陣列異質結在光電催化、光電探測等領域都有重要的貢獻，但是上面我們所列舉的這些陣列異質結的生長主要都集中在水熱方法生長異質結，該方法可控性不強。目前為止，還沒有公開的方法可以獲得可控生長陣列異質結的通用方法。

發明內容

為了能實現在陣列表面形成均勻的薄膜與陣列形成核殼結構的異質結，本發明設計了一種用聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）和聚乙烯亞胺（PEI）金屬離子絡合物自組裝的方法在陣列基底表面生長半導體化合物形成異質結的方法，從而實現了異質結吸收光子后產生電子空穴對，使電子空穴對快速分離，該方法能實現各種核殼結構的異質結，為生長異質結提供了可行的方案。

為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案：一種在陣列基底上通過聚苯乙烯磺酸鈉和聚乙烯亞胺金屬離子絡合物自組裝形成異質結的方法，包括如下步驟：

a.配置一定濃度的聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）溶液；

b.將清洗干凈的陣列基底浸泡在聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）溶液中，使聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）吸附在陣列表面，形成聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）修飾的陣列基底，顯負電性；

c.利用聚合物輔助沉積的技術將聚乙烯亞胺(PEI)及其衍生物與金屬離子配位，形成含金屬離子的前驅體溶液，金屬離子基團顯正電性；

d.將含金屬離子的前驅體溶液滴加到浸泡過聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）溶液的基底上，正負離子的吸附作用將前驅體溶液吸附在陣列表面；

e.通過熱處理使得金屬離子前驅體溶液轉變成金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮化物及金屬硫化物等等，從而與基底陣列材料形成異質結。