CN104973558B - Iii–v族纳米结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种III‑V族纳米结构，包括III‑V族基底以及形成于所述III‑V族基底上的多孔结构，所述每个孔包括上下相通的多个六方体空间。本申请还公开了一种III‑V族纳米结构的制备方法。本发明合成的III‑V族三维层状多孔纳米结构材料在结构上，具备纯度高，形貌结构一致（呈六方状），层状分布明显等特点；在制备工艺上，具备反应条件温和，设备简单，工艺条件易控，而且成本低等优点，并符合实际生产的需要。该新颖结构有望应用于III‑V族基的先进光学电子器件中，包括LED，生物化学传感器，太阳能电池，光学元器件等。
Description
技术领域
本申请属于纳米材料制造领域，尤其涉及一种采用湿法化学制作III–V族化合物三维层状多孔纳米结构的方法。
背景技术
近年来，III–V族化合物半导体，由于具备优异的电子和光学性能，得到人们对其的广泛青睐。特别是对于GaN，作为第三代半导体的代表，由于具备大的电子漂移速度、高热导率、耐高电压、耐高温、抗腐蚀、抗辐射、高熔点、高临界击穿电场和高饱和漂移速度等特点，使其在大功率以及高功率光电器件的制造过程中占有极其重要的位置，掀起了广大科研工作者们对其的研究兴趣，并取得了很大研究进展。
现有的III–V族化合物半导体，其表面积小，在异质外延生长过程中会产生晶体内部残余应力，因此限制了其在气体和生物探测器等领域的应用。
发明内容
本发明的目的提供一种III-V族化合物三维层状多孔纳米结构的制作方法，以解决现有技术中工艺复杂、耗费较大、对材料本身会造成不可弥补的损伤以及金属纳米颗粒难以去除的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请公开了一种III-V族纳米结构，包括 III-V族基底以及形成于所述III-V族基底上的多孔结构。
优选的，在上述的III-V族纳米结构中，所述每个孔包括上下相通的多个六方体空间。
优选的，在上述的III-V族纳米结构中，所述III-V族基底为GaN、GaAs或GaP。
优选的，在上述的III-V族纳米结构中，所述每个孔的口径为10~50 nm。
相应地，本申请还公开了一种III-V族纳米结构的制作方法，包括步骤：
s1、对III-V族基底进行处理，形成粗糙的表面；
s2、室温下，采用王水对步骤s1中处理后的III-V族基底进行进一步处理，获得具有三维层状多孔纳米结构的III-V族基底。
优选的，在上述的III-V族纳米结构的制作方法中，所述步骤s1的处理方法选自电化学法、光电化学法或者干法腐蚀中的一种。
优选的，在上述的III-V族纳米结构的制作方法中，所述步骤s2具体包括：在常温条件下将步骤s1中处理后的III-V族基底浸泡在王水溶液中，超声搅拌并静置，所述超声搅拌的时间为15min~40min；所述静置的时间为5h~91h。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的III–V族化合物半导体三维层状多孔结构，由于其采用了湿法腐蚀手段，同时避免了金属辅助，因此其制备方法简单，成本低，易于实现，不会损伤III–V族基底材料本身。所获得的三维层状多孔结构，结构新颖，具备超大的比表面积，可潜在将其应用于外延生长中的支持衬底，超灵敏的生物化学传感器，太阳能电池等相关领域。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例1中所获得的三维层状多孔纳米结构的SEM图；
图2所示为本发明具体实施例2中所获得的三维层状多孔纳米结构的SEM图；
图3所示为本发明具体实施例3中所获得的三维层状多孔纳米结构的SEM图；
图4所示为本发明具体实施例4中所获得的三维层状多孔纳米结构的SEM图；
图5所示为本发明具体实施例5中所获得的三维层状多孔纳米结构的SEM图；
图6所示为本发明具体实施例6中所获得的三维层状多孔纳米结构的SEM图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种III-V族纳米结构，包括 III-V族基底以及形成于所述III-V族基底上的多孔结构，所述多孔结构为三维多层结构，所述每个孔包括上下相通的多个六方体空间。
本发明实施例还公开了一种II-V族纳米结构的制作方法，包括步骤：
s1、对III-V族基底进行处理，形成粗糙的表面；
s2、室温下，采用王水对步骤s1中处理后的III-V族基底进行进一步处理，获得具有三维层状多孔纳米结构的III-V族基底。
本发明的III-V族纳米结构，具有阵列化的多孔结构，具备体材料不具有的独特性质如:非常大的表面积，量子限制效应以及用于材料生长可以降低材料的缺陷密度等大的表面积特性，并可有效减少因异质外延生长过程中产生的晶体内部残余应力，使多孔材料适合用于气体和生物探测器，量子限制效应使多孔材料适合于光学应用，而应力减少使其适用于高质量晶体生长的支持衬底。
本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
a）对GaN基底进行表面清洗；在GaN基底上形成一欧姆接触电极；将GaN基底浸入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑高氯酸盐，并加入偏压8V和UV光源，反应25min，对GaN基底进行阳极刻蚀，制备得到具有粗糙表面的GaN基底；
b）对已获得GaN粗糙表面，在常温的条件下，将其浸泡于已配好的王水溶液中，超声搅拌25min，然后在静置45h。
图1所示为实施例1所获得的结构的SEM图，由图1中可以看出，所获得的结构呈三维层状多孔结构，而且形貌结构一致（呈六方状），层状分布明显。
实施例2
a）对GaN基底进行表面清洗；在GaN基底上形成一欧姆接触电极；将GaN基底浸入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑高氯酸盐，并加入偏压7V和UV光源，反应25min，对GaN基底进行阳极刻蚀，制备得到具有粗糙表面的GaN基底；
b）对已获得GaN粗糙表面，在常温的条件下，将其浸泡于已配好的王水溶液中，超声搅拌15min，然后在静置45h。
图2所示为实施例2所获得的结构的SEM图，由图2中可以看出，所获得的结构呈三维层状多孔结构，而且形貌结构一致（呈六方状），层状分布明显。
实施例3
a）对GaN基底进行表面清洗；在GaN基底上形成一欧姆接触电极；将GaN基底浸入0.5M H2SO4酸性溶液中，并加入偏压6V和UV光源，反应时间15min，对GaN基底进行阳极刻蚀，制备得到具有粗糙表面的GaN基底；
b）对已获得GaN粗糙表面，在常温的条件下，将其浸泡于已配好的王水溶液中，超声搅拌40min，然后在静置62h。
图3所示为实施例3所获得的结构的SEM图，由图3中可以看出，所获得的结构呈三维层状多孔结构，而且形貌结构一致（呈六方状），层状分布明显。
实施例4
a）对GaN基底进行表面清洗；在GaN基底上形成一欧姆接触电极；将GaN基底浸入特定0.3M KOH碱性溶液中，并加入偏压6V和UV光源，反应时间20min，对GaN基底进行阳极刻蚀，制备得到具有粗糙表面的GaN基底；
b）对已获得GaN粗糙表面，在常温的条件下，将其浸泡于已配好的王水溶液中，超声搅拌40min，然后在静置51h。
图4所示为实施例4所获得的结构的SEM图，由图4中可以看出，所获得的结构呈三维层状多孔结构，而且形貌结构一致（呈六方状），层状分布明显。
实施例5
a）对GaN基底进行表面清洗；在GaN基底上形成一欧姆接触电极；将GaN基底浸入0.5M H2SO4酸性溶液中，并加入偏压6V和UV光源，反应时间10min，对GaN基底进行阳极刻蚀，制备得到具有粗糙表面的GaN基底；
b）对已获得GaN粗糙表面，在常温的条件下，将其浸泡于已配好的王水溶液中，超声搅拌20min，然后在静置62h。
图5所示为实施例5所获得的结构的SEM图，由图5中可以看出，所获得的结构呈三维层状多孔结构，而且形貌结构一致（呈六方状），层状分布明显。
实施例6
a）对GaN基底进行表面清洗；在GaN基底上形成一欧姆接触电极；将GaN基底浸入0.5M H2SO4酸性溶液中，并加入偏压和UV光源，反应时间15min，对GaN基底进行阳极刻蚀，制备得到具有粗糙表面的GaN基底；
b）对已获得GaN粗糙表面，在常温的条件下，将其浸泡于已配好的王水溶液中，超声搅拌18min，然后在静置91h。
图6所示为实施例6所获得的结构的SEM图，由图6中可以看出，所获得的结构呈三维层状多孔结构，而且形貌结构一致（呈六方状），层状分布明显。
实施例7
a）对GaN基底进行表面清洗；采用ICP（感应耦合等离子体刻蚀）方法对GaN基底进行刻蚀，在GaN基底表面形成GaN阵列化的纳米结构，从而形成具有粗糙表面的GaN基底。
b）对已获得GaN粗糙表面，在常温的条件下，将其浸泡于已配好的王水溶液中，超声搅拌40min，然后在静置62h。
所获得的结构呈三维层状多孔结构，而且形貌结构一致（呈六方状），层状分布明显。
实施例8
a）对GaAs基底进行表面清洗；采用RIE（反应离子刻蚀）方法对GaAs基底进行刻蚀，在GaAs基底表面形成GaAs阵列化的纳米结构，从而形成具有粗糙表面的GaAs基底。
b）对已获得GaAs粗糙表面，在常温的条件下，将其浸泡于已配好的王水溶液中，超声搅拌25min ，然后在静置5h。
所获得的结构呈三维层状多孔结构，而且形貌结构一致（呈六方状），层状分布明显。
实施例9
a）对GaP基底进行表面清洗；在GaP基底上形成一欧姆接触电极；将GaP基底浸入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑高氯酸盐，并加入偏压3V，反应40min，对GaP基底进行阳极刻蚀，制备得到具有粗糙表面的GaP基底；
b）对已获得GaP粗糙表面，在常温的条件下，将其浸泡于已配好的王水溶液中，超声搅拌15min，然后在静置45h。
所获得的结构呈三维层状多孔结构，而且形貌结构一致（呈六方状），层状分布明显。
综上所述，本发明提供的氮化镓三维层状多孔结构，其制备方法简单，反应条件温和，成本低，易于实现。所获得的三维层状多孔结构，结构新颖，具备超大的比表面积，该新颖结构有望应用于GaN基的先进光学电子器件中，包括LED，生物化学传感器，太阳能电池，光学元器件等。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
Claims (7)
1.一种III-V族纳米结构的制作方法，其特征在于，包括步骤：
s1、对III-V族基底进行处理，形成粗糙的表面；
s2、室温下，采用王水对步骤s1中处理后的III-V族基底进行进一步处理，获得具有三维层状多孔纳米结构的III-V族基底。
2.根据权利要求1所述的III-V族纳米结构的制作方法，其特征在于：所述步骤s1的处理方法选自电化学法、光电化学法或者干法腐蚀中的一种。
3.根据权利要求1所述的III-V族纳米结构的制作方法，其特征在于：所述步骤s2具体包括：在常温条件下将步骤s1中处理后的III-V族基底浸泡在王水溶液中，超声搅拌并静置，所述超声搅拌的时间为15min～40min；所述静置的时间为5h～91h。
4.根据权利要求1所述方法制得的III-V族纳米结构，其特征在于：包括III-V族基底以及形成于所述III-V族基底上的多孔结构。
5.根据权利要求4所述的III-V族纳米结构，其特征在于：所述多孔结构中的每个孔包括上下相通的多个六方体空间。
6.根据权利要求4所述的III-V族纳米结构，其特征在于：所述III-V族基底为GaN、GaAs或GaP。
7.根据权利要求4所述的III-V族纳米结构，其特征在于：所述多孔结构中的每个孔的口径为10～50nm。
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