[发明专利]倾斜式生长形貌可控的纳米发光柱状薄膜的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米发光薄膜的制备方法及装置，特别是形貌可控的纳米发光柱状薄膜，可用于光电子器件中作为功能层。

背景技术

低维纳米结构材料凭借其独特的物理和化学性质使其在诸多领域具有潜在的应用价值，如太阳能电池，有机发光二极管及生物传感器等领域，因此制备低维纳米形貌可控的薄膜引起了人们的广泛关注。不断探索新的器件结构和薄膜制备技术将是电子学面临的长期课题。有关纳米薄膜的制备及其发光性能的研究，对于研究微纳光电元件具有重要意义。2008年7月美国伦斯勒理工学院开发出一种由碲化铋和硫化铋两种单晶材料生长晶体纳米棒，并能通过控制温度、时间和生物分子表面活化剂的用量，来控制纳米棒的形状。这是大规模复合纳米材料合成的重要进展，这种结构有助于将电器产生的热能带走或利用热能发电，利用该技术有望获得更小更有效的散热泵和其他利用热能发电的装置。2008年10月，美国佛罗里达州立大学正在开发一种神奇的纳米纸，由粗细只有人发直径5万分之一的管状碳分子制成，强度是钢的500倍，具有导电和散热性能，未来有望用来生产更轻、更节能的飞机和汽车、效能更强大的电脑、清晰度更好的电视等多种产品，从而有可能引发材料学和制造业的一场革命。大面积物理气相沉积纳米薄膜是制备纳米光电子器件的有效手段。将纳米薄膜引入到有机/无机复合电致发光器件中，从而提高器件的发光亮度和效率。将纳米薄膜应用到有机无机异质结太阳能电池，可以增加太阳能电池中激子解离的界面，提高太阳能电池的光电转化效率。ZnS做为宽禁带II-VI族化合物半导体，是一种性能优良的电致发光基质材料，通过高温烧结的方法可制备ZnS掺各种发光中心的荧光粉。发光中心可以是Mn²⁺，Cu²⁺，Tb³⁺，Eu³⁺，Er³⁺等离子的氯化物或氧化物。ITO导电玻璃是光电子器件中常用的透明电极，利用物理气相沉积技术在ITO衬底上制备柱状纳米薄膜显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种倾斜式生长形貌可控的纳米发光柱状薄膜的方法及装置。

本发明的技术方案是：

倾斜式生长形貌可控的纳米发光柱状薄膜的装置，该装置包括：真空电机、衬底支架、蒸发源、红外灯及真空腔。

衬底支架垂直于真空电机轴固定于真空电机轴端上；

真空电机支架固定于真空腔的顶上，真空电机与真空电机支架连接，按蒸发粒子流与衬底法线夹角在0～90度的范围，通过锁栓将真空电机固定真空电机支架上。

倾斜式生长形貌可控的纳米发光柱状薄膜的方法，该方法步骤：

步骤1，将衬底固定在衬底支架上，将蒸发粒子流与衬底法线夹角调节为0～90度的范围，通过锁栓固定；

步骤2，启动真空电机，使衬底支架旋转速度为每分钟1～3转；

步骤3，给红外灯通电，给衬底加热，温度100～200度；

步骤4，将蒸发源中的材料蒸发，蒸发速率在0.1～0.2nm/s，制备的纳米发光柱状薄膜的厚度为100～300nm。

本装置是在电子束蒸发仪(法国Alliance公司的EVA450型)上改装的。

通过电子束蒸发技术将要沉积的无机发光材料蒸发到ITO衬底上，蒸发的速率及薄膜厚度是利用石英晶振检测的，通过真空腔内的红外灯给衬底加热。对蒸发速率的监测及衬底温度的控制都是电子束蒸发仪所具有的功能。

本发明的有益效果是：通过控制蒸发粒子束与衬底法线的夹角，衬底旋转速度、衬底温度等参数可制备出不用形貌的纳米棒状薄膜，这种棒状薄膜可应用于光电子器件中，提高器件的性能。

附图说明

图1倾斜式生长纳米发光柱状薄膜的装置示意图。

图中：真空电机1、衬底支架2、真空电机支架3、衬底4、蒸发粒子流5、蒸发源6、真空腔7、锁栓8、红外灯9。

图2沿真空电机轴向的电机与电机支架的侧视图。

图3ITO衬底上不同倾角时ZnS:Mn薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图a)和b)为α＝0°时薄膜的表面形貌及截面图，c)和d)为α＝80°时薄膜的表面形貌及截面图，e)和f)为α＝85°时薄膜的表面形貌及截面图。

具体实施方式

倾斜式生长形貌可控的纳米发光柱状薄膜的装置，该装置包括：真空电机1、衬底支架2、真空电机支架3、蒸发源6、真空腔7、锁栓8、加热用灯9。

衬底支架2垂直于电机轴固定于电机轴端上；