[发明专利]一种定向生长SiC单晶纳米线阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种定向生长SiC单晶纳米线阵列的方法，属材料制备技术领域。

技术背景

纳米科学与技术是当今科学研究领域的热点之一。随着科技的不断发展，在纳米材料的制备领域，通过采用不同的物理化学方法，几乎制备出了所有材料体系的纳米结构。然而，在对纳米结构晶体生长的控制上仍然存在较大困难和挑战，而这些技术正是纳米科技应用的关键一环。

SiC是继第一代(Si)和第二代(GaAs)半导体材料之后发展起来的第三代半导体材料。与其传统体材料相比，低维SiC纳米结构具有优异的物理和化学性能，比如高的禁带宽度、高的临界击穿电场和热导率、小的介电常数和较高的电子饱和迁移率，以及抗辐射能力强、机械性能好等特性，成为制作高频、大功率、低能耗、耐高温和抗辐射器件的理想材料，在光电领域等领域有着广泛的应用前景。

据文献报道，大部分低维SiC纳米结构的制备尚无法实现其定向生长。而纳米结构的定向生长正是其器件化的重要基础之一。如美国佐治亚理工学院的王中林教授采用ZnO定向生长的阵列成功制备出了纳米发电机等。实现SiC纳米结构定向生长的已有技术主要是模板法：如碳纳米管模板法，即先制备出碳纳米管定向生长阵列，然后与SiO反应，制备出SiC纳米线定向阵列；或者采用阳极氧化铝(Anodic Alumina Oxide：AAO)模板法，即利用具有规则纳米孔的氧化铝做模板，利用模板的空间限制效应，制备SiC纳米线定向阵列，在这种制备技术当中SiC纳米结构阵列的尺寸和方向受AAO模板的限制。

本发明将通过SiC单晶片诱导，实现大面积的单晶SiC纳米结构定向生长，免除因使用模板带来的其他后续工艺如模板去除和分离等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种定向生长SiC单晶纳米线阵列的新方法。本发明的方法的设备和工艺简单可控，并具有很好的可重复性。最大的优点在于能够实现大面积的单晶SiC纳米结构定向生长，免除因使用模板带来的其他后续工艺如模板去除和分离等问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该定向生长SiC单晶纳米线阵列的方法包括以下具体步骤：

1)聚合物前驱体热交联固化和粉碎；

2)SiC单晶片在一定浓度的催化剂乙醇溶液中浸渍5～10s，取出后自然晾干；

3)将粉碎得到的粉末和浸渍处理的SiC基片置于Al₂O₃坩埚中；

4)将Al₂O₃坩埚置于气氛烧结炉中，在Ar气氛保护下于1350～1550℃范围内进行高温热解，保温5～120min；

5)随炉冷却。

所述步骤(1)中，使用的原料为聚硅氮烷，亦可使用其他含Si和C元素的聚合物前驱体，热交联在电阻加热管式气氛烧结炉中进行，工艺为260℃热解保温30min，保护气体为N₂，球磨粉碎。

所述步骤(2)中，使用单晶SiC作为基片。

所述步骤(2)中，采用0.1～0.2mol/L Fe(NO₃)₃或者Co(NO₃)₂的乙醇溶液浸渍SiC单晶片引入催化剂，亦可采用其他金属化合物溶液。

所述步骤(3)中，粉末置于坩埚底部，SiC基片置于粉末上方。

所述步骤(4)中，所采用的烧结设备为石墨电阻气氛烧结炉，所采用的保护气氛为Ar气，亦可采用其他的气氛烧结炉和保护气氛。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明实现了大面积SiC单晶纳米线阵列的定向生长；

2.本发明免除了后续去除和分离模板的困难和问题；

3.设备简单，工艺可控。

附图说明

图1为本发明实施例一所制得的单晶SiC纳米线阵列的扫描电镜(SEM)图；

图2为本发明实施例一所制得的单晶SiC纳米线阵列的选区电子衍射(SAED)图；

图3为本发明实施例二所制得的单晶SiC纳米线阵列的扫描电镜(SEM)图；

图4为本发明实施例三所制得的单晶SiC纳米线阵列的扫描电镜(SEM)图；

图5为本发明实施例四所制得的单晶SiC纳米线阵列的低倍扫描电镜(SEM)图；

图6为本发明实施例四所制得的单晶SiC纳米线阵列的高倍扫描电镜(SEM)图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例一