本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米線的激光沉積制備方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)是由兩塊因成份調(diào)制而帶隙能量不同的單晶半導(dǎo)體連接而成的。異質(zhì)結(jié)可以分為同型(n-n或p-p)和異型(p-n)異質(zhì)結(jié)兩種。同型異質(zhì)結(jié)能形成限制載流子的勢(shì)壘，從而有效的縮短載流子的擴(kuò)散長度。異型異質(zhì)結(jié)可以通過改變結(jié)兩側(cè)帶隙能量的相對(duì)大小來提高電子或空穴的注入效率。當(dāng)LED的有源層厚度可以和晶體中電子的德布羅意(de Broglie)波長相比擬或比它小時(shí)，載流子會(huì)被量子限域。這種雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)即為量子阱(QW)結(jié)構(gòu)。量子阱結(jié)構(gòu)是現(xiàn)在高亮度發(fā)光二極管(LED)最通用的結(jié)構(gòu)。氧化鋅是一種新型的II～VI族直接寬帶隙化合物半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)特性，室溫下的帶隙為3.37eV，激子束縛能為60meV，大于室溫下的熱離化能(25meV)，具備了發(fā)射藍(lán)光或近紫外光的優(yōu)越條件，可開發(fā)出紫外、藍(lán)光、綠光等多種發(fā)光器件。氧化鋅納米線由于具有獨(dú)特的尺寸、維度及新穎的物理性質(zhì)是人們研究的重點(diǎn)。在襯底上生長的氧化鋅納米線陣列，由于具有統(tǒng)一的生長方向，可以用來組裝氧化鋅的納米線發(fā)光器件、場(chǎng)發(fā)射平板顯示器及納米線發(fā)電機(jī)等。其中，基于納米線的發(fā)光二極管是氧化鋅納米線最為重要的用途。要實(shí)現(xiàn)氧化鋅納米線的發(fā)光二極管器件，一個(gè)首要的前提是要在一根納米線中生長出納米線的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。國際上關(guān)于氧化鋅納米線異質(zhì)結(jié)的報(bào)道還很少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)存技術(shù)的不足，提供一種基于低密度納米線陣列模板的納米線芯殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備技術(shù)，其特點(diǎn)在于納米線異質(zhì)結(jié)生長過程中有效地克服了近鄰納米線間的陰影效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了芯殼型納米線的均勻生長，并且通過原位靶材更換可以容易制備多成份，多殼層納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明方法技術(shù)解決方案是：以低密度納米線陣列為模板，通過低壓脈沖激光沉積技術(shù)沿納米線外延生長殼層。其具體步驟如下：

(1)采用傳統(tǒng)低壓脈沖沉積工藝在氧化鋁襯底上沉積一層氧化鋅薄膜，作為氧化鋅納米線生長的緩沖層，將上述生長的樣品為襯底，采用高壓脈沖激光燒蝕方法，生長密度小于1/μm²的氧化鋅納米線陣列；

(2)以(1)步中生長的低密度納米線陣列為模板，采用低壓脈沖激光沉積技術(shù)來生長納米線殼層；

(3)通過原位更換靶材，實(shí)現(xiàn)多成份、多殼層納米線芯殼結(jié)構(gòu)的生長；

所說的高壓激光燒蝕生長條件是：生長腔內(nèi)壓力為100-200mbar，波長為248納米的KrF脈沖準(zhǔn)分子激光照射氧化鋅靶材，能量密度為2-5J/cm²，從而產(chǎn)生氧和鋅的等離子體，并通過Ar氣輸運(yùn)而沉積在生長有厚度為500-1500nm的氧化鋅緩沖層的氧化鋁襯底上，從而制備出低密度納米線陣列。

所說的低壓脈沖激光沉積生長條件是：生長腔內(nèi)氣壓為10^-5-10^-7mbar，波長為248納米的KrF脈沖準(zhǔn)分子激光照射氧化鋅(ZnO)或氧化鋅鎂(Zn_xMg_1-xO，0.7＜x＜1)靶材，從而產(chǎn)生氧和鋅的等離子體，并以低密度氧化鋅納米線為模板，在其上外延生長。

所說的原位更換靶材是通過一個(gè)多靶材控制系統(tǒng)在生長腔內(nèi)短時(shí)間(小于1分鐘)完成不同成份的靶材更換，不需要破壞原有生長條件。

本發(fā)明的有益效果為：綜合利用一臺(tái)激光器，實(shí)現(xiàn)了高壓和低壓脈沖激光燒蝕沉積的有機(jī)結(jié)合，提高了設(shè)備的利用率；以低密度氧化鋅納米線陣列為模板，利用低壓脈沖激光沉積外延生長納米線的殼層結(jié)構(gòu)，有效克服了現(xiàn)存制備技術(shù)中的陰影效應(yīng)；通過原位靶材更換，可方便實(shí)現(xiàn)多殼層納米線的制備與殼層厚度控制；獲得了結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)可控的芯殼型納米線，比現(xiàn)有技術(shù)制備的納米線異質(zhì)結(jié)更加均勻。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于以下列舉的特定例子。

實(shí)施例1

(ZnO/Zn_0.9Mg_0.1O芯殼型納米線的制備)

(1)以純度為99.999％的氧化鋅粉末為原料，經(jīng)過壓片和燒結(jié)工藝，制成氧化鋅的靶材。

(2)以傳統(tǒng)低壓脈沖沉積工藝生長氧化鋅薄膜材料。具體生長參數(shù)如下：靶材是如(1)制備方法所述的氧化鋅靶，生長溫度是650℃，生長壓力10^-4mbar，背景氣壓是高純氧氣，襯底是a趨向的藍(lán)寶石(Al₂O₃)，尺寸1×1cm²，激光工作條件是：波長248nm，頻率10Hz，能量密度1-2J/cm²，生長時(shí)間是10分鐘。

(3)以高壓脈沖激光燒蝕方法生長低密度氧化鋅納米線陣列。具體生長參數(shù)如下：生長溫度是850℃，生長壓力是100mbar，高純氬氣用作載氣，襯底是上述(2)步中制備所得樣品，激光的工作條件是：波長248nm，頻率10Hz，能量密度2J/cm²，生長時(shí)間是20分鐘。

(4)以上述(3)步中制備的氧化鋅納米線線陣列為模板，采用低壓脈沖沉積工藝外延納米線殼層。具體生長參數(shù)如下：靶材是Zn_0.9Mg_0.1O，生長溫度是650℃，生長氣壓是10^-4mbar，背景氣壓是高純氧氣，激光的工作條件是：波長248nm，頻率1Hz，能量密度1-2J/cm²，生長時(shí)間是10分鐘。

實(shí)施例2

(ZnO/(Zn_0.9Mg_0.1O/ZnO/Zn_0.9Mg_0.1O)芯-多殼型(量子阱)納米線的制備)

(1-4)步同實(shí)施例1，制備ZnO/Zn_0.9Mg_0.1O芯-殼型納米線陣列樣品。

(5)以ZnO/Zn_0.9Mg_0.1O芯-殼型納米線為模板，通過原位把靶材更換為氧化鋅(ZnO)，以如下低壓脈沖沉積工藝條件下外延氧化鋅殼層：生長溫度是650℃，生長氣壓10^-4mbar，背景氣壓是高純氧氣，激光的工作條件是：波長248nm，頻率1Hz，能量密度1-2J/cm²。并通過生長時(shí)間嚴(yán)格控制氧化鋅殼層的生長厚度，從而生長ZnO/Zn_0.9Mg_0.1O/ZnO芯-殼型納米線。

(6)以ZnO/Zn_0.9Mg_0.1O/ZnO芯-殼型納米線為模板，通過原位把靶材更換為氧化鋅鎂(Zn_0.9Mg_0.1O)，以如下低壓脈沖沉積工藝條件下外延氧化鋅殼層：生長溫度是650℃，生長氣壓10^-4mbar，背景氣壓是高純氧氣，激光的工作條件是：波長248nm，頻率5Hz，能量密度1-2J/cm²。并通過生長時(shí)間嚴(yán)格控制氧化鋅鎂殼層的生長厚度，制備ZnO/Zn_0.9Mg_0.1O/ZnO/Zn_0.9Mg_0.1O芯-殼型納米線，即量子阱納米線。

實(shí)施例3

(不同成份多殼層納米線的生長)

(1-6)步同實(shí)例2，作為本發(fā)明的內(nèi)涵和外延，其殼層成份可以是如下多種適于激光脈沖沉積材料：Zn_xMg_1-xO(0≤x≤0.3)；Al₂O₃；MgO；MnO；ZnO：X(X：N；P；As等)等；在本發(fā)明描述的技術(shù)工藝條件下，其殼層層數(shù)可以是1-15。作為本發(fā)明內(nèi)含的上述工藝，在本說明書中不再一一列舉，但也包含在本發(fā)明當(dāng)中。

綜上實(shí)施例子，通過本發(fā)明工藝可以實(shí)現(xiàn)一類具有均勻結(jié)構(gòu)的芯殼型納米線的生長。芯殼型半導(dǎo)體納米線對(duì)于組裝氧化鋅納米線的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)、發(fā)光二極管器件及太陽能電池器件，均具有至關(guān)重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。