CN102092679A

CN102092679A - (0，1，2和非整数)维数锗纳米可控结构的制备方法

Info

Publication number: CN102092679A
Application number: CN2011100011144A
Authority: CN
Inventors: 陈志文; 李全宝; 潘登余; 张海娇; 焦正; 吴明红
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明涉及到一种简单的、形貌可控的、微结构奇异的、重复性良好的(0,1,2和非整数)维数半导体锗纳米可控结构的制备方法，属于半导体纳米材料制备工艺技术领域。本发明方法的主要要点是：将高纯锗（纯度：99.9wt.%）和高纯金（纯度：99.99wt.%）分别放置于真空热蒸发装置中的钨丝花篮上。当真空度在室温下优于2′10^-5Torr时，先蒸发半导体锗，然后在不破坏真空度的条件下，后蒸发金属金。衬底选择单晶氯化钠（100）晶面。蒸发源到衬底的距离设计为10厘米。锗和金的薄膜厚度均设计为25纳米。真空退火温度分别为50oC，75oC，100oC，120oC，150oC，180oC和210oC，退火时间分别30分钟，40分钟和60分钟，即可得到不同形貌特征的锗纳米结构。

Description

(0,1,2和非整数)维数锗纳米可控结构的制备方法

技术领域

本发明涉及到一种简单的、形貌可控的、微结构奇异的、重复性良好的(0, 1, 2和非整数)维数半导体锗纳米可控结构的制备方法，是属于半导体纳米材料制备工艺技术领域。

背景技术

金属/半导体复合薄膜是信息功能材料中广泛研究的领域，尤其在太阳能电池、光电管器件方面具有潜在的应用前景。随着纳米材料的迅猛发展，金属/半导体锗（Ge）薄膜的纳米结构特征已涉及到微电子器件和光电子元件的小型化问题。本发明利用一种简单易行的方法，通过控制薄膜的厚度、真空退火温度和时间，制备出了具有不同形貌特征的锗纳米结构，这些纳米结构特征包括锗纳米颗粒、纳米环以及纳米分形结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单的、形貌可控的、微结构奇异的、重复性良好的(0, 1, 2和非整数)维数半导体锗纳米可控结构的制备方法。

本发明涉及到(0, 1, 2和非整数)维数锗纳米可控结构的的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

根据热蒸发公式，锗和金的薄膜厚度均设计为25纳米。将高纯锗（纯度：99.9 wt.%）和高纯金（纯度：99.99 wt.%）（m_Au:m_Ge = ρ_Au:ρ_Ge = 19.3:5.323）分别放置于真空热蒸发装置中的钨丝花篮上。当真空度在室温下优于2×10^-5 Torr时，先蒸发半导体锗，然后在不破坏真空度的条件下，后蒸发金属金。衬底选择单晶氯化钠（100）晶面。蒸发源到衬底的距离设计为10厘米。根据热蒸发公式：

Figure 2011100011144100002DEST_PATH_IMAGE001

，这里，t是薄膜的厚度，m是锗或金的质量，r（= 10 厘米）为蒸发源到衬底的距离，ρ是锗或金的密度。锗和金的蒸发量对二维金/锗双层膜是有影响的，根据热蒸发公式我们知道不同量的锗和金直接影响双层膜的膜厚，膜厚比关系式为：

Figure 2011100011144100002DEST_PATH_IMAGE002

,

t表示膜厚。可以看出锗和金的蒸发量很显然会影响膜厚比，而膜厚比会影响分形的形态和分形维数，也会影响双层膜的物性（包括电学性质等）。

将室温条件下制备的金/锗双层膜置于真空炉中，在真空度优于2×10^-5 Torr时，在50～210 oC真空退火30～60分钟，即可得到不同形貌特征的锗纳米结构。

本发明的特点是通过控制真空退火温度和退火时间，可以达到控制不同形貌特征的锗纳米结构。本发明方法简单易行，锗纳米结构易于控制，且具有良好的重复性。另外，纳米材料的研究越来越深入，微电子器件和光电子元件的小型化过程中遇到的问题亟需解决越来越受到重视，因而本发明金属/半导体锗薄膜的纳米结构特征材料在太阳能电池、微电子器件和光电子元件上具有潜在的应用前景。

附图说明

图1为本发明制备所得的二维金/锗双层膜的透射电镜图。

图2为本发明制备所得的零维锗纳米颗粒的透射电镜图。

图3为本发明制备所得的一维锗纳米不连续类圆环的透射电镜图。

图4为本发明制备所得的一维锗纳米连续不规则环的透射电镜图。

图5为本发明制备所得的1.658维锗纳米分形的透射电镜图。

图6为本发明制备所得的1.876维锗纳米分形的透射电镜图。

图7为本发明制备所得的1.635维锗纳米分形的透射电镜图。

图8为本发明制备所得的1.756维锗纳米分形的透射电镜图。

图9为本发明制备所得的1.781维锗纳米分形的透射电镜图。

图10为本发明制备所得的1.878维锗纳米分形的透射电镜图。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例进一步说明如下。

实施例一：

根据热蒸发公式，锗和金的薄膜厚度均设计为25纳米。将一定质量的高纯锗（纯度：99.9 wt.%）和高纯金（纯度：99.99 wt.%）分别放置于真空热蒸发装置中的钨丝花篮上。金和锗的质量分别为m_Au = 6.0602×10^-2克,　m_Ge = 1.6714×10^-2克。衬底选择单晶氯化钠（100）晶面。蒸发源到衬底的距离设计为10厘米。当真空度在室温下优于2×10^-5Torr时，在室温条件下先蒸发半导体锗，然后在保持真空度的条件下，后蒸发金属金，即可得到二维金/锗双层膜（图1）。

实施例二：将实施例一中得到的金/锗双层膜置于真空炉中，在真空度优于2×10^-5 Torr时，在50 oC退火温度下退火60分钟，即可得零维锗纳米颗粒（图2）。

实施例三：将实施例一中得到的金/锗双层膜置于真空炉中，在真空度优于2×10^-5 Torr时，在75 oC退火温度下退火60分钟，即可得一维锗纳米不连续类圆环（图3）。

实施例四：将实施例一中得到的金/锗双层膜置于真空炉中，在真空度优于2×10^-5 Torr时，在100 oC退火温度下退火60分钟，即可得一维锗纳米连续不规则环（图4）。

实施例五：将实施例一中得到的金/锗双层膜置于真空炉中，在真空度优于2×10^-5 Torr时，在100 oC退火温度下退火40分钟，即可得1.658维锗纳米分形（图5）。

实施例六：将实施例一中得到的金/锗双层膜置于真空炉中，在真空度优于2×10^-5 Torr时，在120 oC退火温度下退火40分钟，即可得1.876维锗纳米分形（图6）。

实施例七：将实施例一中得到的金/锗双层膜置于真空炉中，在真空度优于2×10^-5 Torr时，在120 oC退火温度下退火30分钟，即可得1.635维锗纳米分形（图7）。

实施例八：将实施例一中得到的金/锗双层膜置于真空炉中，在真空度优于2×10^-5Torr时，在150 oC退火温度下退火30分钟，即可得1.756维锗纳米分形（图8）。

实施例九：将实施例一中得到的金/锗双层膜置于真空炉中，在真空度优于2×10^-5 Torr时，在180 oC退火温度下退火30分钟，即可得1.781维锗纳米分形（图9）。

实施例十：将实施例一中得到的金/锗双层膜置于真空炉中，在真空度优于2×10^-5 Torr时，在210 oC退火温度下退火30分钟，即可得1.878维锗纳米分形（图10）。

Claims

1.一种(0, 1, 2和非整数)维数半导体锗纳米可控结构的制备方法，其特征在于具有以下步骤：

a. 根据热蒸发公式，锗和金的薄膜厚度均设计为25纳米；将纯度为99.9wt.%的高纯锗和纯度为99.99wt.%的高纯金按质量比m_Au:m_Ge = 19.3:5.323分别放置于真空热蒸发装置中的钨丝花篮上；衬底选择单晶氯化钠（100）晶面，蒸发源到衬底的距离设计为10厘米；当真空度在室温下优于2×10^-5 Torr时，在室温条件下先蒸发半导体锗，然后在保持真空度的条件下，后蒸发金属金，即可得到二维金/锗双层膜；

b. 将室温条件下制备的金/锗双层膜置于真空炉中，在真空度优于2×10^-5 Torr时，在50～210 oC真空退火30～60分钟，即可得到不同形貌特征的锗纳米结构。