本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米线的激光沉积制备方法。
背景技术：
半导体异质结是由两块因成份调制而带隙能量不同的单晶半导体连接而成的。异质结可以分为同型(n-n或p-p)和异型(p-n)异质结两种。同型异质结能形成限制载流子的势垒，从而有效的缩短载流子的扩散长度。异型异质结可以通过改变结两侧带隙能量的相对大小来提高电子或空穴的注入效率。当LED的有源层厚度可以和晶体中电子的德布罗意(de Broglie)波长相比拟或比它小时，载流子会被量子限域。这种双异质结构即为量子阱(QW)结构。量子阱结构是现在高亮度发光二极管(LED)最通用的结构。氧化锌是一种新型的II～VI族直接宽带隙化合物半导体材料，具有优异的光学和电学特性，室温下的带隙为3.37eV，激子束缚能为60meV，大于室温下的热离化能(25meV)，具备了发射蓝光或近紫外光的优越条件，可开发出紫外、蓝光、绿光等多种发光器件。氧化锌纳米线由于具有独特的尺寸、维度及新颖的物理性质是人们研究的重点。在衬底上生长的氧化锌纳米线阵列，由于具有统一的生长方向，可以用来组装氧化锌的纳米线发光器件、场发射平板显示器及纳米线发电机等。其中，基于纳米线的发光二极管是氧化锌纳米线最为重要的用途。要实现氧化锌纳米线的发光二极管器件，一个首要的前提是要在一根纳米线中生长出纳米线的异质结构。国际上关于氧化锌纳米线异质结的报道还很少。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现存技术的不足，提供一种基于低密度纳米线阵列模板的纳米线芯壳异质结构的制备技术，其特点在于纳米线异质结生长过程中有效地克服了近邻纳米线间的阴影效应，实现了芯壳型纳米线的均匀生长，并且通过原位靶材更换可以容易制备多成份，多壳层纳米线异质结构。
本发明方法技术解决方案是：以低密度纳米线阵列为模板，通过低压脉冲激光沉积技术沿纳米线外延生长壳层。其具体步骤如下：
(1)采用传统低压脉冲沉积工艺在氧化铝衬底上沉积一层氧化锌薄膜，作为氧化锌纳米线生长的缓冲层，将上述生长的样品为衬底，采用高压脉冲激光烧蚀方法，生长密度小于1/μm2的氧化锌纳米线阵列；
(2)以(1)步中生长的低密度纳米线阵列为模板，采用低压脉冲激光沉积技术来生长纳米线壳层；
(3)通过原位更换靶材，实现多成份、多壳层纳米线芯壳结构的生长；
所说的高压激光烧蚀生长条件是：生长腔内压力为100-200mbar，波长为248纳米的KrF脉冲准分子激光照射氧化锌靶材，能量密度为2-5J/cm2，从而产生氧和锌的等离子体，并通过Ar气输运而沉积在生长有厚度为500-1500nm的氧化锌缓冲层的氧化铝衬底上，从而制备出低密度纳米线阵列。
所说的低压脉冲激光沉积生长条件是：生长腔内气压为10-5-10-7mbar，波长为248纳米的KrF脉冲准分子激光照射氧化锌(ZnO)或氧化锌镁(ZnxMg1-xO，0.7＜x＜1)靶材，从而产生氧和锌的等离子体，并以低密度氧化锌纳米线为模板，在其上外延生长。
所说的原位更换靶材是通过一个多靶材控制系统在生长腔内短时间(小于1分钟)完成不同成份的靶材更换，不需要破坏原有生长条件。
本发明的有益效果为：综合利用一台激光器，实现了高压和低压脉冲激光烧蚀沉积的有机结合，提高了设备的利用率；以低密度氧化锌纳米线阵列为模板，利用低压脉冲激光沉积外延生长纳米线的壳层结构，有效克服了现存制备技术中的阴影效应；通过原位靶材更换，可方便实现多壳层纳米线的制备与壳层厚度控制；获得了结构和光学性质可控的芯壳型纳米线，比现有技术制备的纳米线异质结更加均匀。
具体实施方式
下面对本发明的内容作进一步详细说明，但本发明不限于以下列举的特定例子。
实施例1
(ZnO/Zn0.9Mg0.1O芯壳型纳米线的制备)
(1)以纯度为99.999％的氧化锌粉末为原料，经过压片和烧结工艺，制成氧化锌的靶材。
(2)以传统低压脉冲沉积工艺生长氧化锌薄膜材料。具体生长参数如下：靶材是如(1)制备方法所述的氧化锌靶，生长温度是650℃，生长压力10-4mbar，背景气压是高纯氧气，衬底是a趋向的蓝宝石(Al2O3)，尺寸1×1cm2，激光工作条件是：波长248nm，频率10Hz，能量密度1-2J/cm2，生长时间是10分钟。
(3)以高压脉冲激光烧蚀方法生长低密度氧化锌纳米线阵列。具体生长参数如下：生长温度是850℃，生长压力是100mbar，高纯氩气用作载气，衬底是上述(2)步中制备所得样品，激光的工作条件是：波长248nm，频率10Hz，能量密度2J/cm2，生长时间是20分钟。
(4)以上述(3)步中制备的氧化锌纳米线线阵列为模板，采用低压脉冲沉积工艺外延纳米线壳层。具体生长参数如下：靶材是Zn0.9Mg0.1O，生长温度是650℃，生长气压是10-4mbar，背景气压是高纯氧气，激光的工作条件是：波长248nm，频率1Hz，能量密度1-2J/cm2，生长时间是10分钟。
实施例2
(ZnO/(Zn0.9Mg0.1O/ZnO/Zn0.9Mg0.1O)芯-多壳型(量子阱)纳米线的制备)
(1-4)步同实施例1，制备ZnO/Zn0.9Mg0.1O芯-壳型纳米线阵列样品。
(5)以ZnO/Zn0.9Mg0.1O芯-壳型纳米线为模板，通过原位把靶材更换为氧化锌(ZnO)，以如下低压脉冲沉积工艺条件下外延氧化锌壳层：生长温度是650℃，生长气压10-4mbar，背景气压是高纯氧气，激光的工作条件是：波长248nm，频率1Hz，能量密度1-2J/cm2。并通过生长时间严格控制氧化锌壳层的生长厚度，从而生长ZnO/Zn0.9Mg0.1O/ZnO芯-壳型纳米线。
(6)以ZnO/Zn0.9Mg0.1O/ZnO芯-壳型纳米线为模板，通过原位把靶材更换为氧化锌镁(Zn0.9Mg0.1O)，以如下低压脉冲沉积工艺条件下外延氧化锌壳层：生长温度是650℃，生长气压10-4mbar，背景气压是高纯氧气，激光的工作条件是：波长248nm，频率5Hz，能量密度1-2J/cm2。并通过生长时间严格控制氧化锌镁壳层的生长厚度，制备ZnO/Zn0.9Mg0.1O/ZnO/Zn0.9Mg0.1O芯-壳型纳米线，即量子阱纳米线。
实施例3
(不同成份多壳层纳米线的生长)
(1-6)步同实例2，作为本发明的内涵和外延，其壳层成份可以是如下多种适于激光脉冲沉积材料：ZnxMg1-xO(0≤x≤0.3)；Al2O3；MgO；MnO；ZnO：X(X：N；P；As等)等；在本发明描述的技术工艺条件下，其壳层层数可以是1-15。作为本发明内含的上述工艺，在本说明书中不再一一列举，但也包含在本发明当中。
综上实施例子，通过本发明工艺可以实现一类具有均匀结构的芯壳型纳米线的生长。芯壳型半导体纳米线对于组装氧化锌纳米线的半导体异质结构、发光二极管器件及太阳能电池器件，均具有至关重要的科学和现实意义。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。