CN101328615A - 一种催化剂辅助真空热蒸发生长CdTe纳米棒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种催化剂辅助真空热蒸发制备Ⅱ－Ⅵ族半导体化合物CdTe纳米结构的方法。通过使用金属Bi粉末做催化剂，以CdTe粉末为原料，在真空度为2×10^－2－2×10^－3Pa的真空环境下，热蒸发原料，在衬底上催化生长纳米结构的CdTe薄膜。该方法操作简单易行，无需载气，具有沉积面积大、形貌较均匀、适用于多种衬底的特点。

Description

一种催化剂辅助真空热蒸发生长CdTe纳米棒的方法

技术领域

本发明属于纳米结构生长领域，具体涉及一种催化剂辅助真空热蒸发法生长微观形貌为纳米棒的CdTe薄膜的方法。

背景技术

CdTe在太阳光谱波段有很高的吸收系数，能有效的将太阳能转化为电能，是一种优秀的光伏能源材料。以CdTe薄膜为吸收体材料的多晶薄膜光电池有广阔的应用前景。近年来，纳米材料的发展显示，纳米尺度的材料很可能有更优异的性质，可以制备出性能更好的器件。在纳米材料中，一维纳米材料，包括纳米棒、纳米线等有重要的技术应用前景，是当前材料科学技术研究的热点之一。目前已有的众多生长一维纳米结构的方法中，热蒸发法和化学气相沉积法是操作相对简单、成本廉价的方法。美国华盛顿大学Younan Xia小组采用热蒸发气相法在Cu衬底的表面氧化生成了具有均匀阵列密度的CuO纳米线阵列，参阅Nano Lett.第12期第2卷1334-1338页；中国中山大学N.S.Xu小组采用热蒸发气相法在(100)Si衬底上氧化生成了高度与直径均一性良好的MoO₃纳米线阵列，并且该纳米线阵列具有良好的场发射特性，参阅Appl.Phys.Lett.第13期第83卷2653-2655页；中科院物理所H.J.Gao小组在2005年使用直径为0.3mm的钨丝为蒸发源采用热蒸发法在(111)Si衬底上生成具有强光致发光性质的WO纳米线，参阅Appl.Phys.Lett.第86期第141901页。上述方法均存在两个过程：(1)热蒸发过程；(2)氧化过程，因此这种方法只适合于制备金属氧化物的纳米结构，无法应用于其他非氧化合物纳米结构的制备之中。

化学气相沉积法在制备材料的纳米棒、纳米线等结构方面有大量的报道。如G.X.Wang等以CdSe粉为原料，以氩气为载气，在镀金的衬底上生长了各种形貌的CdSe纳米线，参阅Appl.Phys.Lett.2006年第88期第193115页；Z.Q.Wang等以Cd棒和S粉为原料，氮气为载气，在无催化剂附着的不锈钢衬底上生长了CdS纳米带，参阅Appl.Phys.Lett.2006年第89期第033102页；R.M.Ma等以CdS粉为原料，氩气为载气，在镀金的(111)Si衬底上生长出具有网络结构的CdS纳米线，参阅Nanotechnology 2007年第18期第205605页。一般说来，化学气相沉积生长纳米棒或线要求用气体来传输生长物。

可以看到，用热蒸发气相法制备纳米结构的典型材料为金属氧化物，化学气相沉积法需要引入反应气和载气，并且很难在各种衬底上得到大面积形貌均匀的纳米结构。而且，制备在ITO玻璃、石英玻璃、硅片上大面积沉积CdTe纳米棒的工作还没有见到报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种催化剂辅助真空热蒸发法生长CdTe纳米结构薄膜的方法，该方法能够获得微观形貌为纳米结构的CdTe薄膜。

本发明的实现采用了如下的技术方案：

一种催化剂辅助真空热蒸发法生长CdTe纳米棒的方法，其中，使用铋金属粉末做催化剂，高纯CdTe粉末(99.5％)为原料，按CdTe粉末与铋金属粉末的摩尔比范围为1∶0.25-1∶0.01，混合后置于反应舟中，作为蒸发源设置在真空加热炉内，将衬底设置于水平距蒸发源为4毫米至2厘米，在真空度为2×10^-2-2×10^-3Pa，优选在2×10^-3时，热蒸发沉积10min-15min，在衬底上获得微观形貌为纳米结构的CdTe薄膜。

其中，所述纳米结构为长度为30-50μm，直径为100-300nm的纳米线和/或长度为200-500nm，直径为10-20nm的纳米棒和/或主干直径为300-500nm，分枝直径为40-50nm的具有分枝状结构的纳米棒和/或直径为200-300nm的阵列排布的纳米线。

进一步地，所述衬底为ITO玻璃、石英玻璃、硅片等。

进一步地，所述真空加热炉为电阻加热炉，优选加热器为镍片加热器的加热炉，更优选蒸发源设置在镍片加热器上。

本发明的CdTe纳米结构薄膜的方法，操作简单易行，无需载气，具有沉积面积大、形貌较均匀、适用于多种衬底的特点。

附图说明

图1实施例1产品的XRD图谱，★表示催化剂Bi的衍射峰。

图2实施例1产品的扫描电镜图片。

图3实施例2产品的扫描电镜图片。

图4实施例3产品的扫描电镜图片。

具体实施方式

实施例1

采用高纯CdTe粉末(99.5％)为原料，高纯金属铋粉为催化剂，两者按1mol∶0.25mol的比例混合后，装入陶瓷舟中置于镍片加热器之上，ITO玻璃为基片置于距离蒸发源约4mm处。当真空度达到2×10^-3时，以2A/min的电流增加速率使电流逐渐增加至70A后，沉积15min。XRD分析结果表明产品的主相为立方CdTe，催化剂为六方Bi，如图1。SEM观察薄膜的表面形貌为长度为30-50μm，直径为100-300nm的纳米线，如图2。

实施例2

采用高纯CdTe粉末(99.5％)为原料，高纯金属铋粉为催化剂，两者按1mol∶0.125mol的比例混合后，装入陶瓷舟中置于镍片加热器之上，ITO玻璃为基片置于距离蒸发源约4mm处。当真空度达到2×10^-3时，以2A/min的电流增加速率使电流逐渐增加至50A后，再以1A/min的电流增加速率使电流逐渐增加至60A，沉积15min。SEM观察薄膜的表面形貌为主干直径约为500nm，分枝直径约为50nm的具有分枝状结构的纳米棒，如图3。

实施例3

采用高纯CdTe粉末(99.5％)为原料，高纯金属铋粉为催化剂，两者按1mol∶0.125mol的比例混合后，装入陶瓷舟中置于镍片加热器之上，石英玻璃为基片置于距离蒸发源约4mm处。当真空度达到2×10^-4时，以2A/min的电流增加速率使电流逐渐增加至50A后，再以1A/min的电流增加速率使电流逐渐增加至60A，沉积15min。SEM观察薄膜的表面形貌为花状团簇，其表面生长直径约100nm纳米左右的纳米棒，如图4。

Claims (7)

1、一种催化剂辅助真空热蒸发法生长CdTe纳米棒的方法，其中，使用铋金属粉末做催化剂，纯度99.5％以上的CdTe粉末为原料，按CdTe粉末与铋金属粉末的摩尔比范围为1∶0.25-1∶0.01，混合后置于反应舟中，作为蒸发源设置在真空加热炉内，将衬底设置于水平距蒸发源为4毫米至2厘米处，在真空度为2×10^-2×10^-3Pa下热蒸发沉积10min-15min，在衬底上获得微观形貌为纳米棒的CdTe薄膜。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空度为2×10^-2-2×10^-3Pa。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纳米结构为长度为30-50μm，直径为100-300nm的纳米线和/或长度为200-500nm，直径为10-20nm的纳米棒和/或主干直径为300-500nm，分枝直径为40-50nm的具有分枝状结构的纳米棒和/或直径为200-300nm的阵列排布的纳米棒。

4、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述衬底为ITO玻璃、石英玻璃、硅片。

5、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述真空加热炉为电阻加热炉。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电阻加热炉的加热器为镍片加热器的加热炉。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，蒸发源设置在所述镍片加热器上。

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