专利名称：一种利用脉冲激光沉积法制备CuInS<sub>2</sub>纳米棒的方法
技术领域：
本发明涉及一种CuInS2纳米棒的制备方法，具体涉及一种利用脉冲激光沉积(PLD)法制备CuInS2纳米棒的方法。
背景技术：
CuInS2是1-1I1-VI2族化合物半导体材料，具有各种良好的光学和电学性质，例如:高吸收系数、与太阳光谱较匹配的禁带宽度1.5eV、无有毒元素、易得到P和η掺杂、为直接带隙半导体。目前CuInS2主要被应用于半导体薄膜太阳能电池的吸收层。对于半导体材料，材料的形状或者尺寸会影响其光电特性以及器件的性能，达到纳米尺寸时有可能出现与块材不同的化学或者物理性质。目前已有报道，通过化学法可制备得到CuInS2纳米管材料。但是由于化学反应本身的复杂性和差的可控性，难以得到线性好、均匀性好、尺寸可控的CuInS2纳米棒。目前，对于CuInS2纳米材料的应用，Xu等人利用CuInS2-ZnS (ZCIS)合金核、ZnSe/ZnS双壳层结构的量子点作为发光层，制备出了近带边发光的QD-LED ；Ye等人利用(ZnS)x (CuInS2)H纳米棒阵列得到了光电转换效率高的太阳能电池。到目前为止，尚未见直接采用物理沉积法来制备CuInS2纳米棒的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用脉冲激光沉积法制备CuInS2纳米棒的方法，该方法工艺简单，对设备要求低。本发明的上述技术目的是通过如下技术方案来实现的:一种利用脉冲激光沉积法制备CuInS2纳米棒的方法,含以下步骤:(1)将清洁过的CuInS2陶瓷靶材和衬底分别固定在靶台和样品台上装入真空室，并调整样品台与靶台间距；(2)对衬底加热升温并稳定在生长纳米棒所需的温度值；(3)设定激光器的工作模式为恒能模式，并设定脉冲激光能量、脉冲激光频率和脉冲激光个数；(4)先启动样品台和靶台的自转并设定转速，再开启激光器，开始沉积纳米棒。本发明步骤(1)中所述的衬底优选为Si (100)衬底。本发明步骤(1)中调整样品台与靶台间距优选为30 60mm。本发明步骤⑵中生长纳米棒所需的温度值优选为20 700°C。本发明步骤(3)中脉冲激光能量优选为50 400mJ、脉冲激光频率优选为I 20Hz、脉冲个数优选为100 20000个。本发明步骤⑷中样品台的自转速度优选为I 10r/min,祀台的自转速度优选为1 5r/min。本发明具有如下优点:(1)本发明创新性地利用脉冲激光沉积(PLD)法制备CuInS2纳米棒，该方法工艺简单，对设备要求低；(2)本发明采用脉冲激光沉积法，通过控制脉冲频率，脉冲个数(沉积时间)、沉积温度等参数，在Si(IOO)单晶衬底上得到了直线性好且长宽比大的CuInS2纳米棒，并且可以通过调节各项实验参数对尺寸进行调控；(2)本发明制备得到的CuInS2纳米棒，其直线性好且长宽比大，在激光器谐振腔、光信号传输以及光滤波器等方面有着潜在的广泛应用。
图1是本发明实施例1-6在Si (100)衬底上制备的CuInS2纳米棒的SEM照片；图2是本发明实施例1-8在Si (100)衬底上制备的CuInS2纳米棒的XPS图谱，其中 Cu:1n:S=0.98:1.03:1.97。
具体实施例方式实施例1采用Si(IOO)作为衬底，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水在超声波清洗器中清洗IOmin,工作频率40kHz ;然后先在H2SO4 (97wt%) =H2O2 (30wt%) =4:1(体积比)溶液中浸泡10分钟，继续在HF(50wt%):H2O=1: 10 (体积比)溶液中浸泡I分钟，最后用氮气吹干立即装入真空腔内。然后利用脉冲激光沉积设备在靶台与样品台间距55mm、衬底温度700°C、激光脉冲能量85mJ、脉冲激光频率1Hz、脉冲激光个数6000个、样品台和靶台自转速度分别为IOr/min和5r/min条件下,制备得到CuInS2纳米棒。所制备得到的纳米棒形貌如图1(a)所示，成分如图2所示。
实施例2采用Si(IOO)作为衬底，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水在超声波清洗器中清洗IOmin,工作频率40kHz ;然后先在H2SO4 (97wt%) -.H2O2 (30wt%) =4:1(体积比)溶液中浸泡10分钟，继续在HF(50wt%):H2O=1: 10 (体积比)溶液中浸泡I分钟，最后用氮气吹干立即装入真空腔内。然后利用脉冲激光沉积设备在靶台与样品台间距55mm、衬底温度700°C、激光脉冲能量85mJ、脉冲激光频率1Hz、脉冲激光个数1000个、样品台和靶台自转速度分别为IOr/min和5r/min条件下,制备得到CuInS2纳米棒。所制备得到的纳米棒形貌如图1(b)所示，成分如图2所示。实施例3采用Si(IOO)作为衬底，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水在超声波清洗器中清洗IOmin,工作频率40kHz ;然后先在H2SO4 (97wt%) -.H2O2 (30wt%) =4:1(体积比)溶液中浸泡10分钟，继续在HF(50wt%):H2O=1: 10 (体积比)溶液中浸泡I分钟，最后用氮气吹干立即装入真空腔内。然后利用脉冲激光沉积设备在靶台与样品台间距55mm、衬底温度700°C、激光脉冲能量150mJ、脉冲激光频率1Hz、脉冲激光个数2500个、样品台和靶台自转速度分别为10r/min和5r/min条件下,制备得到CuInS2纳米棒。所制备得到的纳米棒形貌如图1(c)所示，成分如图2所示。实施例4采用Si(IOO)作为衬底，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水在超声波清洗器中清洗lOmin，工作频率40kHz ;然后先在H2SO4 (97wt%) =H2O2 (30wt%) =4:1(体积比)溶液中浸泡10分钟，继续在HF(50wt%):H2O=1: 10 (体积比)溶液中浸泡I分钟，最后用氮气吹干立即装入真空腔内。然后利用脉冲激光沉积设备在靶台与样品台间距55mm、衬底温度700°C、激光脉冲能量150mJ、脉冲激光频率1Hz、脉冲激光个数1500个、样品台和靶台自转速度分别为10r/min和5r/min条件下,制备得到CuInS2纳米棒。所制备得到的纳米棒形貌如图1(d)所示，成分如图2所示。实施例5采用Si(IOO)作为衬底，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水在超声波清洗器中清洗IOmin,工作频率40kHz ;然后先在H2SO4 (97wt%) =H2O2 (30wt%) =4:1(体积比)溶液中浸泡10分钟，继续在HF(50wt%):H2O=1: 10 (体积比)溶液中浸泡I分钟，最后用氮气吹干立即装入真空腔内。然后利用脉冲激光沉积设备在靶台与样品台间距30mm、衬底温度700°C、激光脉冲能量200mJ、脉冲激光频率10Hz、脉冲激光个数1500个、样品台和靶台自转速度分别为10r/min和5r/min条件下,制备得到CuInS2纳米棒。所制备得到的纳米棒形貌如图1(e)所示，成分如图2所示。实施例6采用Si(IOO)作为衬底，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水在超声波清洗器中清洗IOmin,工作频率40kHz ;然后先在H2SO4 (97wt%) -.H2O2 (30wt%) =4:1(体积比)溶液中浸泡10分钟，继续在HF(50wt%):H2O=1: 10 (体积比)溶液中浸泡I分钟，最后用氮气吹干立即装入真空腔内。然后利用脉冲激光沉积设备在靶台与样品台间距55mm、衬底温度700°C、激光脉冲能量300mJ、脉冲激光频率1Hz、脉冲激光个数800个、样品台和靶台自转速度分别为IOr/min和5r/min条件下,制备得到CuInS2纳米棒。所制备得到的纳米棒形貌如图1(f)所示，成分如图2所示。实施例7·
采用Si(IOO)作为衬底，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水在超声波清洗器中清洗IOmin,工作频率40kHz ;然后先在H2SO4 (97wt%) -.H2O2 (30wt%) =4:1(体积比)溶液中浸泡10分钟，继续在HF(50wt%):H2O=1: 10 (体积比)溶液中浸泡I分钟，最后用氮气吹干立即装入真空腔内。然后利用脉冲激光沉积设备在靶台与样品台间距55mm、衬底温度500°C、激光脉冲能量350mJ、脉冲激光频率1Hz、脉冲激光个数500个、样品台和靶台自转速度分别为5r/min和3r/min条件下,制备得到CuInS2纳米棒。成分如图2所示。实施例8采用Si(IOO)作为衬底，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水在超声波清洗器中清洗IOmin,工作频率40kHz ;然后先在H2SO4 (97wt%) -.H2O2 (30wt%) =4:1(体积比)溶液中浸泡10分钟，继续在HF(50wt%):H2O=1: 10 (体积比)溶液中浸泡I分钟，最后用氮气吹干立即装入真空腔内。然后利用脉冲激光沉积设备在靶台与样品台间距60_、衬底温度600°C、激光脉冲能量50mJ、脉冲激光频率20Hz、脉冲激光个数1500个、样品台和靶台自转速度分别为5r/min和5r/min条件下,制备得到CuInS2纳米棒。成分如图2所示。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。
权利要求
1.一种利用脉冲激光沉积法制备CuInS2纳米棒的方法，其特征含以下步骤: (1)将清洁过的CuInS2陶瓷靶材和衬底分别固定在靶台和样品台上装入真空室，并调整样品台与靶台间距； (2)对衬底加热升温并稳定在生长纳米棒所需的温度值； (3)设定激光器的工作模式为恒能模式，并设定脉冲激光能量、脉冲激光频率和脉冲激光个数； (4)先启动样品台和靶台的自转并设定转速，再开启激光器，开始沉积纳米棒。
2.根据权利要求1所述的利用脉冲激光沉积法制备CuInS2纳米棒的方法，其特征是:步骤(I)中所述的衬底为Si (100)衬底。
3.根据权利要求1所述的利用脉冲激光沉积法制备CuInS2纳米棒的方法，其特征是:步骤⑴中调整样品台与祀台间距为30 60mm。
4.根据权利要求1所述的利用脉冲激光沉积法制备CuInS2纳米棒的方法，其特征是:步骤(2)中生长纳米棒所需的温度值为20 700°C。
5.根据权利要求1所述的利用脉冲激光沉积法制备CuInS2纳米棒的方法，其特征是:步骤⑶中脉冲激光能量为50 400mJ、脉冲激光频率为I 20Hz、脉冲个数为100 20000 个。
6.根据权利要求1所述的利用脉冲激光沉积法制备CuInS2纳米棒的方法，其特征是:步骤(4)中样品台的自转速度 为I 10r/min,祀台的自转速度为I 5r/min。
全文摘要
本发明公开了一种利用脉冲激光沉积法制备CuInS2纳米棒的方法，该方法将清洁过的CuInS2陶瓷靶材和衬底分别固定在靶台和样品台上装入真空室，并调整样品台与靶台间距；对衬底加热升温并稳定在生长纳米棒所需的温度值；设定激光器的工作模式为恒能模式，并设定脉冲激光能量、脉冲激光频率和脉冲激光个数；最后启动样品台和靶台的自转并设定转速，再开启激光器，开始沉积纳米棒。该方法工艺简单，对设备要求低；制备得到的CuInS2纳米棒直线性好且长宽比大，在激光器谐振腔、光信号传输以及光滤波器等方面有着潜在的广泛应用。
文档编号C23C14/06GK103233202SQ201310053978
公开日2013年8月7日 申请日期2013年2月19日 优先权日2013年2月19日
发明者何云斌, 王志强, 黎明锴, 尚勋忠, 常钢, 尹向阳, 余凤兵 申请人:广州金升阳科技有限公司, 湖北大学