专利名称：一种直径可控的硫化物半导体纳米线阵列的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硫化物半导体纳米材料的制备方法，特别是利用氧化铝模板采用脉冲电沉积技术制备硫化物半导体纳米线阵列。
背景技术：
在准一维纳米材料中，硫化物体系由于有趣的光学、电学性能，有关准一维硫化物半导体纳米材料的制备和性能研究已成为当今研究的热点。硫化物半导体纳米材料是未来电子器件的重要构成单元，因此对硫化物半导体纳米材料性能的研究将为它们在未来的电子器件中的应用奠定基础，也将为未来纳米元器件的设计提供理论依据。
发明内容本发明提供一种直径可控的硫化物半导体纳米线阵列的制备方法。
本发明公开了一种直径可控的硫化物半导体纳米线阵列的制备方法。选用硫酸、草酸、磷酸和柠檬酸作为电解液，采用二次阳极氧化法，在10-300V直流氧化电压条件下可将铝片氧化成不同孔径的双通氧化铝模板。模板孔径可在5nm至500nm范围内可调。将双通的氧化铝模板的背面采用真空蒸镀、或磁控溅射或等离子体镀膜等方法覆盖一层导电薄膜作为阴极，以石墨作为阳极，置于溶液可循环的电解槽装置中，在阴极和阳极之间加一周期和波形均可调的脉冲电压，采用脉冲电沉积法，在不同孔径的氧化铝模板中电沉积得到不同直径的硫化物半导体纳米线阵列，硫化物半导体纳米线的直径在5nm至500nm范围内可调。
上述脉冲电压由脉冲沉积电压和脉冲延迟电压构成，其中脉冲沉积时间Ton为100μs-1s，此段时间内两极之间输出脉冲沉积电压，脉冲沉积电压为0.1～5V；脉冲延迟时间Toff为100μs-1s，此段时间内两极之间输出脉冲延迟电压，脉冲延迟电压为-5V～0V，脉冲信号频率f为0.5-5000Hz。
本发明的优点在于提供了一种不同直径的硫化物半导体纳米线阵列的制备方法，该方法工艺简单而且成本低廉，适用于合成ZnS、或CdS、或CuS、或Ag2S、或Sb2S3、或Bi2S3等硫化物半导体材料的纳米线阵列。
图1为溶液可循环的电解槽装置示意图；图2为脉冲电沉积原理图；图3为ZnS纳米线扫描电镜照片；图4是ZnS纳米线X射线衍射具体实施方式实例1采用二次阳极氧化法在0.3M/L草酸电解液中加40V电压可制得孔径为45nm的氧化铝模板。
将此双通氧化铝模板的一侧用蒸镀的方法沉积一层约200nm厚的金箔作阴极(也可以选用银箔、或铜箔)，以石墨片作为阳极，置于溶液可循环的电解槽装置中(见图1，图中1电解槽、2出液口、3导管、4循环泵、5涡轮流量计、6进液口)，两极分别和一台能产生脉冲电信号的发生器相连，用一台示波器监测两极之间的电信号。电沉积液的成分为20g/L ZnSO4，15g/L ZnCl2，35g/L S粉和5g/L H3BO4，溶液的pH值为4.5-5，工作温度为室温。两极之间的输出电信号示意图如图2所示。脉冲信号电压为2.2-2.BV，频率f＝2000Hz。在每个周期中，脉冲时间(Ton)为350μs，延迟时间(Toff)为150μs。在Ton时间段内，两极之间输出高电平，在这段时间ZnS在阴极沉积。在Toff时间段内，两极之间是零输出，以此来调节界面附近的离子浓度以控制生长。对ZnS纳米线阵列进行形貌观察和结构表征，见图3和图4，所使用的测试仪器分别为FEI Sirion 200型场发射电子显微镜和Philips X Pert X射线衍射仪。
实例2采用二次阳极氧化法在1.0M/L磷酸电解液中加150V电压可制得导孔径为200nm的氧化铝模板。将此双通扬花铝模板的一侧用蒸镀的方法沉积一层约500nm厚的银箔作阴极，以石墨片作为阳极，置于溶液可循环的电解槽装置中，见图1。两极分别和一台能产生脉冲电信号的发生器相连，用一台示波器监测两极之间的电信号。电沉积液的成分为35g/L BiCl3，25g/L S粉和15g/L H3BO4，溶液的pH值为3.0-3.5，工作温度为室温。两极之间的输出电信号示意图，如图2所示。脉冲信号电压为3.0-3.4V，频率f＝20Hz。在每个周期中，脉冲时间Ton为30ms，延迟时间Toff为20ms。在Ton时间段内，两极之间输出高电平，在这段时间Bi2S3在阴极沉积。在Toff时间段内，两极之间是零输出，以此来调节界面附近的离子浓度以控制生长。
实例3采用二次阳极氧化法在1.2M/L硫酸电解液中加15V电压可制得孔径为15nm的氧化铝模板。将此双通氧化铝模板的一侧用蒸镀的方法沉积一层约50nm厚的银箔作阴极，以石墨片作为阳极，置于溶液可循环的电解槽装置中，见图1。两极分别和一台能产生脉冲电信号的发生器相连，用一台示波器监测两极之间的电信号。电沉积液的成分为20g/L CdCl2，17g/L S粉和10g/L H3BO4，溶液的pH值为3.5-4，工作温度为室温。两极之间的输出电信号示意图，如图2所示。脉冲信号电压为4.0-4.4V，频率f＝5Hz。在每个周期中，脉冲时间Ton为100ms，延迟时间Toff为100ms。在Ton时间段内，两极之间输出高电平，在这段时间CdS在阴极沉积。在Toff时间段内，两极之间是零输出。
权利要求
1.一种直径可控的硫化物半导体纳米线阵列的制备方法，其特征在于利用一种溶液可循环的电解槽装置，采用脉冲电沉积法，在氧化铝模板中电沉积硫化物半导体纳米线阵列，通过调整氧化铝模板上的孔径尺寸，使硫化物半导体纳米线的直径在5nm至500nm范围内可调。
2.按照权利要求1所述的一种直径可控的硫化物半导体纳米线阵列的制备方法，其特征在于所述的溶液可循环的电解槽装置主要由电解槽、循环泵、涡轮流量计和用于连通的导管构成，在容器侧面的上部和下部分别设有进液口和出液口，二者通过导管依次与循环泵和涡轮流量计相连，此装置主要应用于低维度纳米材料的制备过程。
3.按照权利要求1所述的一种直径可控的硫化物半导体纳米线阵列的制备方法，其特征在于采用脉冲电沉积法制备硫化物半导体纳米线阵列，其步骤包括将双通的氧化铝模板的背面覆盖一层导电薄膜作为阴极，以石墨作为阳极，置于循环的电沉积液中，在阴极和阳极之间加一周期和波形均可调的脉冲电压，该脉冲电压由脉冲沉积电压和脉冲延迟电压构成，其中脉冲沉积时间Ton为100μs-1s，此段时间内两极之间输出脉冲沉积电压，脉冲沉积电压为0.1～5V；脉冲延迟时间Toff为100μs-1s，此段时间内两极之间输出脉冲延迟电压，脉冲延迟电压为-5V～0V，脉冲信号频率f为0.5-5000Hz；在阴极沉积得到硫化物半导体纳米线阵列。
4.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于所采用的电沉积液以二甲基亚砜为溶剂，含金属阳离子的盐类和硫粉溶解于二甲基亚砜中，硼酸作为添加剂，溶液PH值在3-5范围内。
5.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于所说的氧化铝双通模板背面所覆的导电薄膜是金、或银、或铜；采用真空蒸镀、或磁控溅射、或等离子体镀膜方法获得，其厚度为10nm-10μm。
6.按照权利要求1所述的一种直径可控的硫化物半导体纳米线阵列的制备方法，其特征在于所说的硫化物半导体为ZnS、或CdS、或CuS、或Ag2S、或Sb2S3、或Bi2S3。
全文摘要
本发明公开了一种直径可控的硫化物半导体纳米线阵列的制备方法。利用一种溶液可循环的电解槽装置，采用脉冲电沉积法，在不同孔径的氧化铝模板中电沉积不同直径的硫化物半导体纳米线阵列，纳米线的直径在5nm至500nm范围内可调。此方法适用于ZnS，CdS，CuS，Ag
文档编号B82B3/00GK1995476SQ20061013032
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月18日 优先权日2006年12月18日
发明者于文惠, 王达健, 陆启飞 申请人:天津理工大学