一维硫硒化镉半导体纳米线的制备方法、纳米线及器件与流程

1.本发明涉及纳米材料合成技术领域，具体地涉及一种一维硫硒化镉半导体纳米线的制备方法、一维硫硒化镉半导体纳米线及包括一维硫硒化镉半导体纳米线的器件。


背景技术：

2.半导体纳米线/带在电子、光电子和纳电子机械器械中起重要作用，它同时还可以作为其他材料中的添加物、集成电路中的连线、场发射器件和纳米传感器。ii
‑
vi族半导体纳米线具有独特的光电特性，十分有希望成为下一代高性能光电材料。在众多的光电器件研究领域，通过掺杂改变半导体纳米线载流子迁移率，可以大大改善其光电特性。半导体纳米线的迁移率与多种因素有关，例如纳米线的生长方向、掺杂、结晶质量及表面态等。
3.目前产生均匀掺杂的混合半导体纳米线仍然具有挑战。目前，纳米线的生长模式主要有两种，气液固生长模式和气固生长模式。在气液固生长模式中，生长纳米线的催化剂熔点低于纳米线生长的温度，生长过程是在液相下完成，各个晶面生长较为均匀，一般没有很好的可控性。在气固生长模式中，高熔点金属催化剂一直以固态晶体存在，可以调控其最低能量晶面来选择性外延纳米线，控制纳米线的生长。本发明因此而来。


技术实现要素：

4.针对上述存在的技术问题，本发明目的是：提供了一种一维硫硒化镉半导体纳米线的制备方法，采用化学气相沉积的方法能够大面积批量生长，可有效控制半导体纳米线的生长方向、长度，并显著提高其载流子迁移率。制备的光电探测器性能优异。
5.本发明的技术方案是：一种一维硫硒化镉半导体纳米线的制备方法，包括以下步骤：s01：在衬底上沉积一金属催化剂薄膜；s02：在保护气存在下，均匀混合硫化镉和硒化镉；s03：将步骤s01的衬底和混合的硫化镉与硒化镉进行加温，通过化学气相沉积方法得到一维纳米线。
6.优选的技术方案中，所述步骤s01中金属催化剂薄膜为ni、cr、或pt，所述金属催化剂薄膜厚度为5nm
‑
10nm。
7.优选的技术方案中，所述步骤s02的保护气为n2和ar2混合气，混合比例为n2：ar2=6：4。
8.优选的技术方案中，所述步骤s03中加温方法包括，先加热至690
‑
850℃，保持一定时间后，将温度控制在500
‑
620℃。
9.优选的技术方案中，所述步骤s02中硫化镉和硒化镉混合比例为cds：cdse=3.7：6.3。
10.本发明还公开了一种一维硫硒化镉半导体纳米线，采用上述任一项所述的一维硫硒化镉半导体纳米线的制备方法得到一维硫硒化镉半导体纳米线。
11.本发明又公开了一种器件，包括上述方法制备的一维硫硒化镉半导体纳米线。
12.本发明又公开了一种光电探测器，从下到上依次包括：二氧化硅衬底、两侧金属电极以及一维硫硒化镉半导体纳米线，所述一维硫硒化镉半导体纳米线为上述的一维硫硒化镉半导体纳米线。
13.本发明又公开了一种光电探测器的制备方法，包括：s11：在衬底上沉积一金属催化剂薄膜；s12：在保护气存在下，均匀混合硫化镉和硒化镉；s13：将步骤s11的衬底和混合的硫化镉与硒化镉进行加温，通过化学气相沉积方法得到纳米线，并在保护气流下快速冷却至室温；s14：将一维硫硒化镉半导体纳米线的衬底进行机械剥离，转移一维硫硒化镉半导体纳米线到sio2衬底上；s15：在纳米线两端通过光刻工艺制备电极薄膜。
14.优选的技术方案中，所述电极薄膜为金，所述电极薄膜厚度为250nm
‑
300nm。
15.与现有技术相比，本发明的优点是：本发明公开了一种利用气固方法生长cdsse半导体纳米线/带的方法，得到厚度非常薄的一维cdsse半导体纳米线，采用化学气相沉积的方法能够大面积批量生长，可有效控制半导体纳米线的生长方向、长度，并显著提高其载流子迁移率。制备的光电探测器性能优异。
附图说明
16.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：图1为本发明一维硫硒化镉半导体纳米线的制备方法的流程图；图2为本发明方法制备的一维硫硒化镉半导体纳米线/带的电镜图；图3为本发明硫硒化镉半导体纳米带au电极的电镜图；图4为本发明制备获得的光电探测器的电流随偏压变化示意图。
具体实施方式
17.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
18.如图1所示，本发明的一种一维硫硒化镉半导体纳米线的制备方法，纳米线生长机理为气固生长机理，包括以下步骤：s01：在衬底上沉积一金属催化剂薄膜；s02：在保护气存在下，均匀混合硫化镉和硒化镉；s03：将步骤s01的衬底和混合的硫化镉与硒化镉进行加温，通过化学气相沉积方法得到一维纳米线。
19.这里的一维纳米线指得到的纳米线厚度非常薄，非常接近一维。
20.步骤s01中，衬底为单晶si衬底，金属催化剂薄膜为ni、cr、或pt，金属催化剂薄膜
厚度为5nm
‑
10nm。
21.步骤s02的保护气为惰性气体。
22.一较佳的实施例中，为n2和ar2混合气，两种气体纯度均为99.999％，混合比例为n2：ar2=6：4。
23.步骤s02中硫化镉和硒化镉最好为粉末状，纯度为99.999％，粒径小于100目。
24.一较佳的实施例中，硫化镉和硒化镉混合比例为cds：cdse=3.7：6.3。
25.步骤s03中加温方法包括，先加热至690
‑
850℃，保持一定时间后，将温度控制在500
‑
620℃。
26.本发明通过实现气固生长模式控制半导体纳米线的生长。通过本发明方法得到的硫硒化镉半导体纳米带为单晶材料。如图2所示，所得的纳米线/带厚度薄、长度长、宽度可控、晶体质量高、载流子迁移率高。
27.一较佳的实施例中，硫硒化镉半导体纳米带两端通过光刻工艺制备au电极，au电极薄膜厚度为250nm
‑
300nm。如图3所示。
28.本发明的半导体纳米线在电子、光电子和纳电子机械器械中起重要作用，它同时还可以作为其他材料中的添加物、集成电路中的连线、场发射器件和纳米传感器。
29.另一实施例中，一种器件，包括上述方法制备的一维硫硒化镉半导体纳米线。
30.另一实施例中，一种光电探测器，从下到上依次包括：二氧化硅衬底、两侧金属电极以及一维硫硒化镉半导体纳米线，所述一维硫硒化镉半导体纳米线为上述的一维硫硒化镉半导体纳米线。该光电探测器的电流随偏压变化示意图，如图4所示。具有优异的性能。
31.另一实施例中，一种光电探测器的制备方法，包括：s11：在衬底上沉积一金属催化剂薄膜；s12：在保护气存在下，均匀混合硫化镉和硒化镉；s13：将步骤s11的衬底和混合的硫化镉与硒化镉进行加温，通过化学气相沉积方法得到纳米线，并在保护气流下快速冷却至室温；s14：将一维硫硒化镉半导体纳米线的衬底进行机械剥离，转移一维硫硒化镉半导体纳米线到sio2衬底上；s15：在纳米线两端通过光刻工艺制备电极薄膜。
32.一较佳的实施例中，电极薄膜为金，所述电极薄膜厚度为250nm
‑
300nm。
33.下面以一具体的实例进行详细说明：一种光电探测器的制备方法，包括：(1)在单晶si衬底上通过热蒸发沉积5nmpt薄膜，并将制备好的衬底置于管式炉下游区的中间，然后将盛有半导体粉末源材料的坩埚放置于管式炉的上游区，距离衬底12cm处；(2)将石英管抽真空，直至气压小于2*10
‑
3torr，再通入n2、ar2混合保护气0.5小时，混合比例为n2：ar2=6：4，排出剩余空气；(3)保持保护气的流速不变，将cds与cdse混合粉末与衬底加热至690
‑
850℃蒸发源材料，然后将控制温度范围为500
‑
620℃，持续生长10
‑
40分钟；硫化镉和硒化镉混合比例为cds：cdse=3.7：6.3；(4)生长完成后，停止加热，并在保护气流下快速冷却至室温。
34.(5)将生长好的衬底进行机械剥离，转移纳米带到sio2衬底上，并利用光刻工艺制备au电极，最终形成的器件结构包括sio2衬底，cdsse半导体纳米线/带，金电极。
35.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。