两步法制备 纳米棒王业勤,娄朝刚!东南大学电子科学与工程学院,南京∀#∃∃%&∋( ) ∗+,−./01,七1+2.3切∃/−1451/0 +认厄671,: ;<0) 6)6!,=0 3 >?311/ ∗91−19111)+?961∗96,− 0/;,)1/≅9Α1,∗9/,.ΒΧ)96∀#∃%&,<09∋)Δ加加=/(91 Ε9+1#Φ##一讥,1Γ91 +;= /∗Γ)/19∗3),,Η09101∗)Η9+13.,;1+9Γ).1∗),),=;0,), 3∗)1133,,;3/Α)∗9 3/1+1/11/ ∗,)+:?ΙΚ/09,4)Λ1,∗ΝΜ,4;/1∗96#Φ+) 41/+ /Γ)Ο1)+1Λ ,9/9 >( ,11+3.)1∗,)+0/10/1,11 +,/14#Φ/010 >(Π) ∗+ ,2..0+∗/ 01∗Γ)3Γ1/0 +−Γ)431,1∗)))3.1+2.−?5,ΘΜΙ)+,1Λ1 ∗/40 / Γ1/1∗ϑ1Μ,;3,/,0 Η1+/0)/(Π) ∗+,0)Α1!∃∃∀∋一 ∗91/1+1 3;Γ,;∗/=/;∗1)+6以记∗/,)Γ9/)11Κ/Η9330134>;3> ∗ ∗;>;∗/10∗1∗,11∗)0价州。∗,+( ) ∗+ ,,−?5,ΘΜΙ,肠阴,Γ9,,9 【摘要】( 是一种新型的##一ΚΑ族半导体材料,广泛地应用于太阳能电池、紫外探测器、?:Ι等诸多领域本文采用射频溅射的方法在ΡΚΠ导电玻璃上制备 籽晶层,再用水热法进行第二步的 纳米棒的生长,对其表面形态、生长取向以及透过率和吸收率进行研究结果显示,纳米棒具有!∃∃∀∋取向的六角柱结构,透过率较好,为进一步在器件应用上的研究提供了良好的参考Κ关健词# 纳米棒,Σ5ΕΜ透过率∃引言( 是一种新型的##一ΑΚ族半导体材料,其直接带隙宽禁带为ΤΤ&Υ1,室温下的激子束能为∃&Γ1Υ。( 薄膜在晶格、光电、压电、气敏、压敏等许多方面具有优异的性能,热稳定性高,在表面声波器件、太阳能电池、气敏和压敏器件等很多方面得到了较为广泛的应用,在紫外探测器、:?Ι、Ι:等诸多领域也有着巨大的开发潜力川ϑ纳米 薄膜的制备方法包括ς溶胶一凝胶法Ω∀3、电沉积法ΩΤ3、化学汽相沉积法「ΩΞ、水热法〔ΩΦ等,其中水热法具有操作简单、成本低等优点,而两步法不仅具有以上的优点,并且高∀Φ∀一度垂直于衬底具有良好的应用前景生长籽晶层的方法主要是溶胶凝胶法,。,∀∃∃Φ5年9,Ψ;。等运用溶胶一凝胶法生长籽晶层的两步水热法制作出的染料敏化纳米( 太阳能电池的&效率为∀ΞΖ#,一但溶胶凝胶法制备工艺比较复杂,且重复性差。。如果采用磁控溅射法制备籽晶层,其工艺简单、制备成本低、重复性高,,并且颗粒均匀本文将采用磁控溅射法制备籽晶层再用水热法进行第二次( 的生长并对制成的纳,米#( 薄膜进行性能检测。实验两步法制备纳米( 薄膜。用射频溅射!ΜΝΤ型#,Λ;//1∗96∋制,备 籽晶层ΚΡΠ,采用的是中,科院微电子中心生产的底的溅射温度为室温,−Ψ一Κ[&5[(,ΟΤΗ的射频溅射仪导电玻璃作为衬底,衬溅射的靶材是上海光机所晶体材料中心生产的靶直径为%∃3;,,厚度为&ΓΓΤΕ,纯度为%−%叽的( 。溅射过程中通%#∃∴,%Ζ的Δ∗作为反应气体。本底真空为醋酸锌∃#一)4,工作压强为∀ΞΕ)溅射功率为Τ∃衅4,配置 ∃ΦΓ 3]:∀ς(∃!!<[石 ∋∀[∃∋溶液然后用氨水将溶液的4[值调至#,将带有( 籽层的ΚΡΠ玻璃垂。直放入溶液中在%∃℃下恒温水浴,Ξ个小时取出后用去离子水清洗并烘干,。−?采用扫描电子显微镜!5∋表征纳米( 薄膜的形貌的生长择优取向∀用ΘΘΜΙ∋表征( 射线衍射仪!。,用日本岛津≅ΥΤ&ΠΠ型分光光度计进行透射光谱和吸收光谱的测试结果与讨论采用两步法制得的 薄膜的−5?图像如图,#的!)∋和!2∋所示颗粒均匀平均粒径为,,,#Ξ∃;3。而只采用水热法制备出的 薄膜从图#!=∋中可以看出其生长取向随机用两步,法值得的纳米棒基本都垂直于衬底向上生长取向取决于生长初期只采用水热法,,,取向保持其高度的统一性,。(Π纳米棒的生长其生长初期的取向是随机的所以导致最终的取向也,是随机的但是采用射频溅射生长籽晶层后生长出的( 纳米棒基本为垂直于衬底。,这说明籽晶层可以帮助(Π纳米棒定向垂直于衬底生长,图∀为两步法生长出( Μ图谱薄膜的ΘΙ纳米棒具有。轴择优取向性质空间取向一致#∃∃现了!∋,,,∃∃∀可以看出!∋面的衍射峰最强,Π说明(,这与−?5得到的结果一致,。除此之外还出!#∃#∋,##∃∀#!∋和!∃∋等晶面的衍射峰表明纳米棒的取向还是具有一定的随机。性,这与纳米棒的具体生长条件有关通过控制生长条件,有望可以改善纳米棒的取向性Ξ∃。从图Τ!)∋和!2∋可以看出采用两步法制备出的(Π纳米棒薄膜在波长为∀∃⊥透过率为零,Γ时,吸收率为百分之百。_而随着波长的增加,( ,纳米棒薄膜的吸收率迅速下降透过率则快速上升主要原因是(ΥΠ的禁带宽度为ΤΤ&1对于波长在Τ⎯∃Γ以下的高能∀ΦΤ量光子几乎全部吸收而对于低能量的长波光子则不吸收,。图#( 薄膜的−以图_=!)∋和!2∋为采用两步法生长的(∋只采用水热法生长出 薄膜不同放大倍数下的−研图!的( _∋( 纳米棒的局部放大图薄膜的−?5图!+姗绷∃ΤΞ∀!#∃月巴者∃∃∀%&&∋&(们&)&∗&+图∋两步法生长的,−.1薄膜的/0∋2组口Πϑα曰≅的9握?;ϑ 刀哎二Χ+∀Τ,16/Γ0!δ)Α13∋田∀口∋Τ刀月田−篮β日刀χ加日力洲刀#侧刀功翻图Τ两步法生长的∋ 薄膜的透射图谱!),吸收谱图!2∋Τ结论两步法生长( 纳米棒具有操作简单、成本低等优点,。通过−?5、ΘΜΙ进行表征分析,采用两步法生长出的( 纳米棒具有。轴择优取向性质空间取向一致且垂直于衬底的优势对纳米器件的研究提供了良好的参考参考文献【Ω3ε∀ΩεΤΩς。,吕建国汪雷叶志镇赵炳辉( ,,,薄膜应用的最新研究进展功能材料与器件学,报,∀∃∃∀%⎯,,,#Σ1+Χ)4Υφ)Γ)/,Θ[;),ΔΨ:)ΛΛ9,,1/)340 / ,1,9/9)/9 >) 1∗.,/)3391( >93Γ,2.凡:)(096)6<01( >93Γ,,一脚;9∗#%%χ#Τς∀Τ%⎯∀Ξ∃Τ,79Η1Ρ)60929/96:9,0)(0)6,:9Χ;):; ?311/∗ +1Λ ,9/1+) Λ ∗ ;,111Ε10)11+41∗> Γ∗)119+.1一,1,9/91+, 3)∗33,?311/∗ 109Γ91)Δ1/)Φ#∀∃∃&∋!,Φ⎯χ∃一Φ⎯χΦ,εΞΩΔ/)1ΑΣ5,Σ)6)Γ,)+ Α)Δ51ΙΧ)2∗)93 ΑΔ51/,))3[9603.1 +;1/9Α1)+/∗),Λ)∗1/Ψ)一+ Λ1+Λ9/)Ε9)3( >93Γ, ΛΛ09∗12.<ΥΙεαΩΡ09− 39+Ν93Γ,,#%%Φ∀&∃!#∋ς#%一∀∃ΦεΦ〕Μ)Χ)∗)Γ5)1,一而α :11,<Ι: Ο0)+1,Σ.;6δ <0 ,−;犷枷)[), < /∗ 331+∗141)/1+101Γ91)36,∗ Η/0 >( >93Γ,> ∗+.1一,1,9/91+3)∗1133,<;∗∗1/Δ44391+40.,91,∀∃∃χε&Ω59Ψ; )∗∗).,416Ι9) ,Θ9+ 6δ)6),−01胭9<)9Ρ011>>11/ >0.+∗ /01∗)11 Γ)36∗ 份/0) ∗ /1Γ41∗)/;∗1 4∗14)∗)/9 +40 / 1311/∗ 101Γ91)341∗> ;>( +>93Γ,α ;∗)3 >− 39+−/)/1<01Γ9,/∗.#χ⎯∀∃∃Φ∋Τ∀#∃一Τ∀#Φ!∀ΦΦ
