CN111826636A - 一种同腔制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种同腔制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点的方法及设备，涉及新能源技术领域，便于量子点的产业化和大规模应用。本发明包括：将样品基底放入反应腔体内，启动真空系统对反应腔体抽真空；向反应腔体输入‑OH有机物气体作为‑OH等离子气体源；启动激光加工头扫描样品基底的表面；启动激光加工头再次对样品基底的表面进行扫描；向反应腔体输入驱体气体，并启动激光加工头扫描样品基底的表面进行加热；向反应腔体输入O源前驱体，启动激光加工头加热样品基底的表面，使表面吸附的源前驱体与输入的O源前驱体发生化学反应，生成量子点阵列。本发明适用于制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点。

Description

一种同腔制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点的方法及设备
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种同腔制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点的方法及设备。
背景技术
量子点(Quantum Dot，QDs)具有较小的尺寸(通常在10nm以下)，由于尺寸限域引起了介电限域效应、宏观量子隧道效应、量子尺寸效应和表面效应，从而表现出与大部分发光材料不同的物理化学性能。量子点具有良好的光谱性能、光稳定性和生物相容性等，在生物检测、电子激光器以及发光二极管(Light Emitting Diode，LED)领域崭露头角，尤其是无机半导体量子点在LED器件的发展中有着重要的作用.但是，硫化铅(PbS)、硫化镉(CdS)和硒化镉(CdSe)等量子点，含有对人员和环境有毒有害的铅、镉元素，因此，在很多应用场景中，需要进一步研究绿色环保且对环境友好的氧化锌(ZnO)、氧化钛(TiO2)和氧化镍(NiO)量子点的加工工艺，作为替代方案。
并且，作为一种新型纳米材料，金属硫族化合物量子点受到光的刺激后，不同尺寸的量子点可以激发出不同颜色的光线，这种简单、精确的尺寸和发光颜色调控关系，使该类量子点在新型量子点显示技术领域有重要应用价值，另外，由于尺寸效应，该类量子点的析氢过电位得到进一步下降，电流密度得到增强，催化析氢性能得到明显提高，这对氢气新能源的利用，改善能源结构具有重要意义。属于新能源以及新材料领域都需关注并发展的对象。
但现有的制造方法存在制造非原位、需要转移、精度低、后处理复杂等问题，因此大都限于实验室中的制备，难以进一步推进量子点的产业化和大规模应用。
发明内容
本发明的实施例提供一种同腔制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点的方法及设备，便于量子点的产业化和大规模应用。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供的方法，包括：
步骤S01，将样品基底(26)放入反应腔体(3)内，启动真空系统(24)对反应腔体(3)抽真空；
步骤S02，向反应腔体(3)输入-OH有机物气体作为-OH等离子气体源；
步骤S03，启动激光加工头(1)扫描样品基底(26)的表面；
步骤S04，启动激光加工头(1)再次对样品基底(26)的表面进行扫描；
步骤S05，向反应腔体(3)输入前驱体气体，并启动激光加工头(1)扫描样品基底(26)的表面进行加热，其中，所述前驱体气体包括：Zn源前驱体、Ti源前驱体或Ni源前驱体中的任意一项；
步骤S06，向反应腔体(3)输入O源前驱体，启动激光加工头(1)加热样品基底(26)的表面，使表面吸附的源前驱体与输入的O源前驱体发生化学反应，生成量子点阵列。
第二方面，本发明的实施例提供的设备，包括：
激光加工头(1)、玻璃窗口(2)、反应腔体(3)、电极板(4)、真空系统(24)、样品支架(25)、样品基底(26)和P6压力表(27)；
激光加工头(1)与激光器相连，并且激光加工头(1)竖直向下指向样品支架(25)；
反应腔体(3)上顶部开设有开口，开口中安装玻璃窗口(2)，以便于激光加工头(1)射出的激光透过玻璃窗口(2)向样品支架(25)照射，样品支架(25)用于放置样品基底(26)；
样品支架(25)安装在反应腔体(3)中，反应腔体(3)的两侧分别安装有电极板(4)；
反应腔体(3)接入了五条管路，各个管路分别输送不同类别的气体；
反应腔体(3)接入真空系统(24)，尾气处理装置与真空系统(24)相连的。
本发明实施例提供的同腔制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点的方法及设备，在同一个腔体中，可以实现ZnO、TiO2和NiO量子点阵列的精确原位制造，克服在这些量子点湿法制造和其他实验室制造工艺中，存在的制造非原位、需要转移、精度低、后处理复杂、无法大规模推广和应用等缺陷，推进这些量子点的产业化和大规模应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图。
图1为本发明实施例提供的，制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点的工艺方法的设备示意图；
图2为本发明实施例提供的，制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点阵列的工艺方法示意图；
图3为本发明实施例提供的具体实例中的量子点阵列的示意图。
附图中的各个标号分别表示：1.激光加工头；2.玻璃窗口；3.反应腔体；4.电极板；5.V2气动阀；6.压力表P2；7.压力表P1；8.V1气动阀；9.第一针阀；10.第二针阀；11.Zn源前驱体瓶；12.第三针阀；13.压力表P3；14.Ti源前驱体瓶；15.压力表P4；16.第四针阀；17.Ni源前驱体瓶；18.第五针阀；19.O源前驱体瓶；20.V5气动阀；21.压力表P5；22.V4气动阀；23.V3气动阀；24.真空系统；25.样品支架；26.样品基底；27.压力表P6。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
作为一种新型纳米材料，过度金属氧化物量子点受到光的刺激后，不同尺寸的量子点可以激发出不同颜色的光线，这种简单、精确的尺寸和发光颜色调控关系，使该类量子点在新型量子点显示技术领域有重要应用价值，另外，由于尺寸效应，该类量子点的析氢过电位得到进一步下降，电流密度得到增强，催化析氢性能得到明显提高，这对氢气新能源的利用，改善能源结构具有重要意义。因此，本发明所涉及的技术和装备，对新一代信息技术、高端装备制造、新能源、前沿新材料等产业的发展，具有促进作用。
目前的现有方案，往往存在制造非原位、需要转移、精度低、后处理复杂、无法大规模推广和应用等缺陷。例如：
一些ZnO薄膜的制造方法中，采用原子层沉积工艺，凡是暴露在前驱体氛围内的基底都会被沉积上连续的ZnO薄膜，因此，该方法不适合用来制造离散的ZnO量子点。还有一些方法属于湿法制造，制造过程均需在溶液中完成，这些方法是非原位制造，所制备的ZnO量子点都需要高速离心、过滤、烘干等一系列复杂后处理。还有一些高温退火制备ZnO量子点的方法，制造过程比较粗糙，量子点的尺寸、密度不易控制，基底需要耐高温。
而一些TiO2薄膜制造方法，采用原子层沉积工艺，凡是暴露在前驱体氛围内的基底都会被沉积上连续的TiO2薄膜，因此，该方法不适合用来制造离散的TiO2量子点。同样的，若采用湿法制造，制造过程均需在溶液中完成，这些方法是非原位制造，所制备的TiO2量子点都需要高速离心、过滤、烘干、转移等一系列复杂后处理。还有利用冷冻和超声破碎来制造TiO2量子点，该方法是非原位制造，制造过程比较粗糙，量子点的尺寸、密度不易控制。
氧化镍量子点的现有制造方案，也存在同样的问题，比如属于湿法制造，制造过程需在溶液中完成，这些方法是非原位制造，所制得的量子点需要高速离心、过滤、烘干、转移等一系列复杂后处理。还有将氧化镍溶液放在基底上，然后通过干燥、退火得到氧化镍薄膜的方法，但是该方法比较粗糙，适合用来制造精度较低的氧化镍薄膜，而无法用来制造高精度的氧化镍量子点。
总的来说，现有的ZnO、TiO2和NiO量子点的制造工艺，依旧主要应用在实验室中，存在的制造非原位、需要转移、精度低、后处理复杂、无法大规模推广和应用等缺陷。而本实施例的设计目的即在于解决上述问题。
本发明实施例提供一种同腔制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点的方法，包括：
步骤S01，将样品基底(26)放入反应腔体(3)内，启动真空系统(24)对反应腔体(3)抽真空。
步骤S02，向反应腔体(3)输入-OH有机物气体作为-OH等离子气体源。
其中，在所述步骤S02中，通过电离含-OH有机物气体，产生-OH自由基，在基底表面接枝-OH，使其表面-OH化。所述含-OH有机物气体是甲醇、乙醇、丙酮、苯酚中的一种或更多种。
步骤S03，启动激光加工头(1)扫描样品基底(26)的表面。
步骤S04，启动激光加工头(1)再次对样品基底(26)的表面进行扫描。
步骤S05，向反应腔体(3)输入前驱体气体，并启动激光加工头(1)扫描样品基底(26)的表面进行加热，其中，所述前驱体气体包括：Zn源前驱体、Ti源前驱体或Ni源前驱体中的任意一项。
步骤S06，向反应腔体(3)输入O源前驱体，启动激光加工头(1)加热样品基底(26)的表面，使表面吸附的源前驱体与输入的O源前驱体发生化学反应，生成量子点阵列。
在本实施例的优选方案中，所述步骤S03中，激光加工头(1)通过激光扫描将样品基底(26)的表面的加热温度控制在200至600摄氏度内。
所述步骤S05中，激光加工头(1)通过激光扫描将样品基底(26)的表面的加热温度控制在100至400摄氏度内。其中，所述Zn源前驱体是单质锌、氧化锌、氯化锌、碘化锌、醋酸锌、二甲基锌、二乙基锌、氟化锌中的一种或更多种。所述Ti源前驱体是TiCl4、异丙醇钛、钛酸异丙酯、氟化钛中的一种或更多种。所述Ni源前驱体是是二茂镍、NiCl2、NiCO3中的一种或更多种。在激光扫描过程中，将基底表面的加热温度控制在100-400摄氏度内。
在所述步骤S06中，激光加工头(1)通过激光扫描将样品基底(26)的表面的加热温度控制在100至700摄氏度内。其中，所述O源前驱体是O、O3、H2O、H2O2中的一种或更多种。用激光扫描加热基底表面吸附的Zn、Ti、Ni源前驱体时，温度控制在100-700摄氏度内。
进一步的，在步骤S06之后，还包括：通过激光加工头(1)样品基底(26)的表面，以便于调整量子点的姿态，此时样品基底(26)的表面的加热温度控制在500至900摄氏度内。上述工艺流程在实际应用中，可以进一步扩展实现为如下例所述的流程：
步骤S11，将干净的基底样品放入反应腔体内，真空系统对反应腔体抽真空，使其压强维持在2200Pa以下。
步骤S12，在基底表面接枝-OH官能团，使基底表面-OH化。所述步骤S12中，在基底表面接枝-OH官能团过程，包含以下步骤：含-OH有机物气体从管路进入反应腔体，打开电源，-OH有机物气体在反应腔体内电离，产生-OH自由基，对基底样品表面进行-OH接枝，使其表面羟基化。所述含-OH有机物气体，不做具体限制，只要是电离后可以产生-OH自由基的有机物气体即可，具体而言，其可以是甲醇、乙醇、丙酮、苯酚中的一种或更多种。通入的含-OH有机物气体的量，由管路中针阀和气动阀门控制，其具体的量不做限制，根据具体反应腔体的尺寸大小不同而不同，只要满足反应腔体的压强维持在2200Pa以下即可。所述电源的功率不做具体限制，根据具体反应腔体的尺寸大小和有机物的量的大小不同而不同，只要满足能将含-OH有机物气体电离即可。在基底表面-OH化过程中，也可以通入氧气、氮气、氩气等其他气体，电离产生等离子体，使基底样品-OH化，但是这些气体的等离子体会给样品基底表面带来其他负面作用，例如氧化、掺杂、表面损伤等，因此本发明优先选用含-OH有机物气体，作为-OH自由基等离子气体源。
步骤S13，激光按照所需阵列图样，扫描基底表面，被扫描到的地方的-OH发生缩合反应，被剪除挥发掉，从而使基底表面的-OH按照阵列图样分布。所述步骤S13中，在激光扫描过程成，会对路径上的基底表面加热，-OH在200摄氏度开始发生缩合反应，但是温度过高，会损伤基底样品的深层结构，所以，在激光扫描过程中，将基底表面的加热温度控制在200-600摄氏度。缩合反应挥发掉的H2O，通过管路中通入的惰性气体和真空系统吹洗掉。所述的惰性气体不做具体限制要求，可以是氮气、氩气、氙气等一种或更多种。
步骤S14，激光再次对基底表面的-OH进行扫描，剪除多余-OH，降低其密度。
步骤S15，通入Zn或Ti或Ni源前驱体(分别对应于ZnO、TiO2和NiO量子点的沉积制造)，用激光扫描加热基底表面的-OH，使Zn(或Ti或Ni)源前驱体，通过-OH吸附于基底表面。所述步骤S15中，所述Zn源前驱体，不做具体限制，只要是能与所选O前驱体发生反应，生成ZnO即可，具体而言，其可以是单质锌、氧化锌、氯化锌、碘化锌、醋酸锌、二甲基锌、二乙基锌、氟化锌中的一种或更多种。进一步地，所选Zn源前驱体是固体时，需对其加热，使其挥发出相应的气体。所述Ti源前驱体，不做具体限制，只要是能与所选O前驱体发生反应，生成TiO2即可，具体而言，其可以是TiCl4、异丙醇钛、钛酸异丙酯、氟化钛中的一种或更多种。进一步地，所选Ti源前驱体是固体时，需对其加热，使其挥发出相应的气体。所述Ni源前驱体，不做具体限制，只要是能与所选O前驱体发生反应，生成NiO即可，具体而言，其可以是二茂镍、NiCl2、NiCO3中的一种或更多种。进一步地，所选Ni源前驱体是固体时，需对其加热，使其挥发出相应的气体。激光扫描加热基底表面时，使其温度维持在100-400摄氏度内。
步骤S16，通入O源前驱体，用激光扫描加热基底表面吸附的Zn(或Ti或Ni)源前驱体，使其与O源前驱体发生化学反应，生成ZnO、TiO2和NiO量子点阵列。所述步骤S16中，所述O源前驱体，不做具体限制，只要是能与所选Zn、Ti、Ni前驱体发生反应，生成ZnO、TiO2和NiO即可，具体而言，其可以是O、O3、H2O、H2O2中的一种或更多种。用激光扫描加热基底表面吸附的Zn、Ti、Ni源前驱体时，温度限制在100-700摄氏度内，具体加热温度根据所选前驱体源不同而不同，只要能使Zn、Ti、Ni源和O源发生反应，生成相应的ZnO、TiO2、NiO即可。
步骤S17，在步骤S16生成的量子点表面接枝-OH官能团，使其表面-OH化，重复步骤S15-S6，增大量子点尺寸和密度。
步骤S18，激光扫描步骤S17生成的量子点，调整量子点的姿态，最终得到阵列图样可控，密度、尺寸和姿态可控的ZnO、TiO2和NiO量子点阵列。所述步骤S18中，激光扫描加热量子点，随着加热温度从500摄氏度升高到900摄氏度过程中，基底表面能逐渐增大，量子点的姿态从竖直逐渐变为水平。
与现有方案相比，本实施例的优点在于：在同一个腔体中，可以实现ZnO、TiO2和NiO量子点阵列的精确原位制造，克服在这些量子点湿法制造和其他实验室制造工艺中，存在的制造非原位、需要转移、精度低、后处理复杂、无法大规模推广和应用等缺陷，推进这些量子点的产业化和大规模应用。
本发明实施例还提供一种同腔制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点的设备，包括：
激光加工头1、玻璃窗口2、反应腔体3、电极板4、真空系统24、样品支架25、样品基底26和P6压力表27。激光加工头1与激光器相连，并且激光加工头1竖直向下指向样品支架25。反应腔体3上顶部开设有开口，开口中安装玻璃窗口2，以便于激光加工头1射出的激光透过玻璃窗口2向样品支架25照射，样品支架25用于放置样品基底26。样品支架25安装在反应腔体3中，反应腔体3的两侧分别安装有电极板4。反应腔体3接入了五条管路，各个管路分别输送不同类别的气体。反应腔体3接入真空系统24，尾气处理装置与真空系统24相连的。
例如图1所示，设备包括：由反应腔体3、压力表27、样品支架25和玻璃窗口2组成的反应腔体系统。由管路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五条管路组成管路系统。由射频电源和电极板4组成的等离子体系统，用于在反应腔体3内电离含-OH有机物气体，产生相应的-OH自由基。由激光器和激光加工头1组成的激光系统，激光器用于产生激光，并控制激光功率，激光加工头1用于对反应腔体3内的样品表面扫描加热。真空系统24，用于控制反应腔体3和管路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的真空度。尾气处理系统，用于处理反应腔体3排出的残余尾气。
本实施例中，所述前驱体气体包括：Zn源前驱体、Ti源前驱体和Ni源前驱体。
具体的，所述管路Ⅰ用于向反应腔体3提供含-OH有机物气体作为-OH等离子气体源。第一针阀9用于控制所述管路Ⅰ中含-OH有机物气体的流量。V1气动阀8用于控制所述管路Ⅰ的通断。P1压力表7用于读取所述管路Ⅰ中的压强值。例如：所述管路Ⅰ，由针阀9、8气动阀门V1和压力表P1组成，针阀9用于控制管路Ⅰ中的等离子体气源即含-OH有机物气体流量，8气动阀门V1用于控制管路Ⅰ的通断，压力表P1实时测量管路Ⅰ内的压强。其中，针阀用于控制管路中的前驱体载气流量，气动阀门用于控制前驱体的通断，压力表实时测量管路内的压强。针阀和压力表也可以由气体质量流量控制器和真空计替代。
所述管路Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，分别由这些零件构成：管路Ⅱ包括针阀10、5气动阀门V2、6压力表P2和Zn源前驱体瓶11。管路Ⅲ包括针阀12、23气动阀门V3、6压力表P3和Ti源前驱体瓶14。管路Ⅳ包括针阀16、22气动阀门V4、15压力表P4和Ni源前驱体瓶17。具体的，所述管路Ⅱ用于向反应腔体3提供Zn源前驱体，其中，所述管路Ⅱ的分支管线接入Zn源前驱体瓶11。第二针阀10用于控制所述管路Ⅱ中的Zn源前驱体的载气N2的流量。V2气动阀5用于控制所述管路Ⅱ接入Zn源前驱体瓶11的分支管线的通断。P2压力表6用于读取所述管路Ⅱ中的压强值。或者，所述管路Ⅲ用于向反应腔体3提供Ti源前驱体，其中，所述管路Ⅲ的分支管线接入Ti源前驱体瓶14。第三针阀12用于控制所述管路Ⅲ中的Ti源前驱体的载气N2的流量。V3气动阀23用于控制所述管路Ⅲ接入Ti源前驱体瓶14的分支管线的通断。P3压力表13用于读取所述管路Ⅲ中的压强值。或者，所述管路Ⅳ用于向反应腔体3提供Ni源前驱体，其中，所述管路Ⅳ的分支管线接入Ni源前驱体瓶17。第四针阀16用于控制所述管路Ⅳ中的Ni源前驱体的载气N2的流量。V4气动阀22用于控制所述管路Ⅳ接入Ni源前驱体瓶17的分支管线的通断。P4压力表15用于读取所述管路Ⅳ中的压强值。
所述管路V用于向反应腔体3提供O源前驱体，其中，所述管路V的分支管线接入O源O源前驱体瓶19。第五针阀18用于控制所述管路V中的O源前驱体的载气N2的流量。V5气动阀20用于控制所述管路V接入O源前驱体瓶19的分支管线的通断。P5压力表21用于读取所述管路V中的压强值。
将上述实施例所述的同腔制造ZnO、TiO2和NiO量子点的工艺方法与设备相结合，可以得到如图1-3所示的具体工艺：
步骤S1，准备干净的硅基底样品，将其放入反应腔体3内的样品支架25上，真空系统24对反应腔体3抽真空，使其和管路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的压强维持在2200Pa以下；
步骤S2，在基底表面接枝-OH官能团，使基底表面-OH化；
步骤S3，激光按照所需阵列图样(如图3所示，两行四列，每个单元尺寸是4*7μm)，扫描硅基底表面，被扫描到的地方的-OH发生缩合反应，被剪除挥发掉，从而使硅基底表面的-OH按照阵列图样分布。
步骤S4，激光再次对步骤S3所形成的-OH阵列进行扫描，剪除多余-OH，降低其密度；
步骤S5，通入Zn或Ti或Ni源前驱体(分别对应于ZnO、TiO2和NiO量子点的沉积制造)，用激光扫描加热基底表面的-OH，使Zn(或Ti或Ni)源前驱体，使其通过-OH吸附于基底表面；
步骤S6，通入O源前驱体，用激光扫描加热基底表面吸附的Zn或Ti或Ni源前驱体，使其与O源前驱体发生化学反应，分别生成ZnO、TiO2和NiO量子点阵列；
步骤S7，在步骤S6生成的量子点表面接枝-OH官能团，使其表面-OH化，重复步骤S5-S6，增大量子点尺寸和密度；
步骤S8，激光扫描步骤S7生成的量子点，调整量子点的姿态，最终得到阵列图样可控，密度、尺寸和姿态可控的ZnO、TiO2和NiO量子点阵列。
所述步骤S2中，所述在基底表面接枝-OH官能团的过程，包含以下步骤：
甲醇气体从管路Ⅰ进入反应腔体3后，真空系统24将反应腔体3密闭起来，打开射频电源，功率调为140W，甲醇气体在反应腔体3内电离，产生-OH自由基，对基底样品表面进行-OH接枝，使其表面羟基化，多余的甲醇气体和残余物质通过真空系统24排入尾气处理系统中，无害化处理后，排出设备外。通入的甲醇气体的量，由管路Ⅰ中针阀9和8气动阀门V1控制，流量范围是50-200sccm，优选150sccm，8气动阀门V1开启时间范围是0.1s-5s，优选0.5s。
所述步骤S3中，激光加工头1操控激光，按照所需阵列图样，扫描基底表面，激光光斑控制在1-5微米内，扫描路径上的基底表面温度控制在250-500摄氏度内，-OH发生缩合反应，生成H2O，挥发掉，通过管路Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中通入的N2和真空系统24冲洗出反应腔体3外。
所述步骤S4中，激光加工头1操控激光，对步骤S3所形成的-OH阵列进行扫描，激光光斑控制在1-5微米内，扫描路径上的基底表面温度控制在250-350摄氏度内，使-OH阵列中的部分-OH发生缩合反应，挥发掉，进而降低阵列中的-OH密度，防止后续的生长步骤中形成薄膜结构，而无法得到量子点结构。
所述步骤S5中，将二乙基锌、异丙醇钛、二茂镍分别装入Zn源前驱体瓶11、Ti源前驱体瓶14、Ni源前驱体瓶17中。需要沉积ZnO量子点时，二乙基锌气体从管路Ⅱ进入反应腔体3中，针阀10控制二乙基锌的载气N2的流量，流量范围是50-200sccm，优选100sccm，5气动阀门V2控制二乙基锌源的通断，开启时间范围是0.1s-5s，优选1s，二乙基锌气体从管路Ⅱ进入反应腔体3后，真空系统24将反应腔体3密闭起来；需要沉积TiO2量子点时，异丙醇钛从管路Ⅲ进入反应腔体3中，针阀12控制异丙醇钛的载气N2的流量，流量范围是50-200sccm，优选100sccm，23气动阀门V3控制异丙醇钛源的通断，开启时间范围是0.1s-5s，优选1s；异丙醇钛气体从管路Ⅲ进入反应腔体3后，真空系统24将反应腔体3密闭起来；需要沉积NiO量子点时，二茂镍气体从管路Ⅳ进入反应腔体3中，针阀16控制二茂镍的载气N2的流量，流量范围是50-200sccm，优选100sccm，22气动阀门V4控制二茂镍源的通断，开启时间范围是0.1s-5s，优选1s，二茂镍气体从管路Ⅳ进入反应腔体3后，真空系统24将反应腔体3密闭起来。激光加工头1操控激光，对步骤S4所形成的-OH阵列进行扫描，使二乙基锌或异丙醇钛或二茂镍(分别对应于ZnO、TiO2和NiO量子点的沉积制造)通过-OH吸附于基底表面，多余的前驱体和残余物质通过真空系统24排入尾气处理系统中，无害化处理后，排出设备外。激光光斑控制在1-5微米内，扫描路径上的基底表面温度控制在250-350摄氏度内。
所述步骤S6中，将H2O装入O源前驱体瓶19中，H2O气体从管路Ⅴ进入反应腔体3中，针阀18控制H2O的载气N2的流量，流量范围是50-200sccm，优选100sccm，20气动阀门V5控制H2O源的通断，开启时间范围是0.1s-5s，优选1s，H2O从管路Ⅴ进入反应腔体3后，真空系统24将反应腔体3密闭起来。激光加工头1操控激光，对步骤S5所形成的二乙基锌或异丙醇钛或二茂镍(分别对应于ZnO、TiO2和NiO量子点的沉积制造)阵列进行扫描，使其与H2O反应生成ZnO或TiO2或NiO量子点阵列。多余的H2O气体和残余物质通过真空系统24排入尾气处理系统中，无害化处理后，排出设备外。用激光扫描加热基底表面的二乙基锌阵列时，激光光斑控制在1-5微米内，扫描路径上的基底表面温度控制在280-380摄氏度内；用激光扫描加热基底表面的异丙醇钛阵列时，激光光斑控制在1-5微米内，扫描路径上的基底表面温度控制在300-400摄氏度内；用激光扫描加热基底表面的二茂镍阵列时，激光光斑控制在1-5微米内，扫描路径上的基底表面温度控制在280-380摄氏度内。
所述步骤S7中，量子点表面接枝-OH官能团的过程，包含以下步骤：
甲醇气体从管路Ⅰ进入反应腔体3后，真空系统24将反应腔体3密闭起来，打开射频电源，功率调为140W，甲醇气体在反应腔体3内电离，产生-OH自由基，对基底样品表面进行-OH接枝，使其表面羟基化，多余的甲醇气体和残余物质通过真空系统24排入尾气处理系统中，无害化处理后，排出设备外。通入的甲醇气体的量，由管路Ⅰ中针阀9和8气动阀门V1控制，流量范围是50-200sccm，8气动阀门V1开启时间范围是0.1s-5s。重复步骤S5-S7，可以增大阵列中ZnO、TiO2和NiO量子点的尺寸。
所述步骤S8中，激光加工头1操控激光，对步骤S7所形成的ZnO量子点阵列进行扫描，激光光斑控制在1-5微米内，扫描路径上的基底表面温度控制650-700摄氏度内，阵列内的竖直ZnO量子点变为水平ZnO量子点；激光加工头1操控激光，对步骤S7所形成的TiO2量子点阵列进行扫描，激光光斑控制在1-5微米内，扫描路径上的基底表面温度控制700-750摄氏度内，阵列内的竖直TiO2量子点变为水平TiO2量子点；激光加工头1操控激光，对步骤S7所形成的NiO量子点阵列进行扫描，激光光斑控制在1-5微米内，扫描路径上的基底表面温度控制750-800摄氏度内，阵列内的竖直NiO量子点变为水平NiO量子点。
经过步骤S1至S8，同腔制造得到如图3所示的ZnO、TiO2和NiO量子点阵列。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种同腔制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点的方法，其特征在于，包括：
步骤S01，将样品基底(26)放入反应腔体(3)内，启动真空系统(24)对反应腔体(3)抽真空；
步骤S02，向反应腔体(3)输入-OH有机物气体作为-OH等离子气体源；
步骤S03，启动激光加工头(1)扫描样品基底(26)的表面；
步骤S04，启动激光加工头(1)再次对样品基底(26)的表面进行扫描；
步骤S05，向反应腔体(3)输入前驱体气体，并启动激光加工头(1)扫描样品基底(26)的表面进行加热，其中，所述前驱体气体包括：Zn源前驱体、Ti源前驱体或Ni源前驱体中的任意一项；
步骤S06，向反应腔体(3)输入O源前驱体，启动激光加工头(1)加热样品基底(26)的表面，使表面吸附的源前驱体与输入的O源前驱体发生化学反应，生成量子点阵列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S03中，激光加工头(1)通过激光扫描将样品基底(26)的表面的加热温度控制在200至600摄氏度内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S05中，激光加工头(1)通过激光扫描将样品基底(26)的表面的加热温度控制在100至400摄氏度内。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S06中，激光加工头(1)通过激光扫描将样品基底(26)的表面的加热温度控制在100至700摄氏度内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S06之后，还包括：
通过激光加工头(1)样品基底(26)的表面，以便于调整量子点的姿态，此时样品基底(26)的表面的加热温度控制在500至900摄氏度内。
6.一种同腔制造氧化锌、氧化钛和氧化镍量子点的设备，其特征在于，包括：
激光加工头(1)、玻璃窗口(2)、反应腔体(3)、电极板(4)、真空系统(24)、样品支架(25)、样品基底(26)和P6压力表(27)；
激光加工头(1)与激光器相连，并且激光加工头(1)竖直向下指向样品支架(25)；
反应腔体(3)上顶部开设有开口，开口中安装玻璃窗口(2)，以便于激光加工头(1)射出的激光透过玻璃窗口(2)向样品支架(25)照射，样品支架(25)用于放置样品基底(26)；
样品支架(25)安装在反应腔体(3)中，反应腔体(3)的两侧分别安装有电极板(4)；
反应腔体(3)接入了五条管路，各个管路分别输送不同类别的气体；
反应腔体(3)接入真空系统(24)，尾气处理装置与真空系统(24)相连的。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述驱体气体包括：Zn源前驱体、Ti源前驱体和Ni源前驱体。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述管路Ⅰ用于向反应腔体(3)提供含-OH有机物气体作为-OH等离子气体源；
第一针阀(9)用于控制所述管路Ⅰ中含-OH有机物气体的流量；
V1气动阀(8)用于控制所述管路Ⅰ的通断；
P1压力表(7)用于读取所述管路Ⅰ中的压强值。
9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述管路Ⅱ用于向反应腔体(3)提供Zn源前驱体，其中，所述管路Ⅱ的分支管线接入Zn源前驱体瓶(11)；第二针阀(10)用于控制所述管路Ⅱ中的Zn源前驱体的载气N2的流量；V2气动阀(5)用于控制所述管路Ⅱ接入Zn源前驱体瓶(11)的分支管线的通断；P2压力表(6)用于读取所述管路Ⅱ中的压强值；
或者，所述管路Ⅲ用于向反应腔体(3)提供Ti源前驱体，其中，所述管路Ⅲ的分支管线接入Ti源前驱体瓶(14)；第三针阀(12)用于控制所述管路Ⅲ中的Ti源前驱体的载气N2的流量；V3气动阀(23)用于控制所述管路Ⅲ接入Ti源前驱体瓶(14)的分支管线的通断；P3压力表(13)用于读取所述管路Ⅲ中的压强值；
或者，所述管路Ⅳ用于向反应腔体(3)提供Ni源前驱体，其中，所述管路Ⅳ的分支管线接入Ni源前驱体瓶(17)；第四针阀(16)用于控制所述管路Ⅳ中的Ni源前驱体的载气N2的流量；V4气动阀(22)用于控制所述管路Ⅳ接入Ni源前驱体瓶(17)的分支管线的通断；P4压力表(15)用于读取所述管路Ⅳ中的压强值。
10.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述管路V用于向反应腔体(3)提供O源前驱体，其中，所述管路V的分支管线接入O源前驱体瓶(19)；
第五针阀(18)用于控制所述管路V中的O源前驱体的载气N2的流量；
V5气动阀(20)用于控制所述管路V接入O源前驱体瓶(19)的分支管线的通断；
P5压力表(21)用于读取所述管路V中的压强值。
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