[发明专利]一种制备碲-碲化铅纳米晶组装超晶格纳米线阵列的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种制备碲-碲化铅（Te-PbTe）晶体组装超晶格纳米线阵列的方法。

背景技术

随着纳米科技的发展，人们已经能够制备量子线、量子阱、超晶格等各种低维介观结构。在这些介观结构中由于电子波函数的相干长度与体系的特征长度相当，电子的物理性质完全受量子力学规律所支配，电子的波动性在输运过程中得到充分的体现。半导体超晶格是由两种不同材料以几个纳米到几十个纳米交替生长而成的多层异质结构晶体。由于这两种材料的禁带宽度不同，则其能带结构出现了势阱和势垒。如果势垒比较薄或高度比较低，由于隧道效应，使阱中电子隧穿势垒的几率变得很大，势阱中分立的子能级就形成了具有一定宽度的子能带，这种材料称为超晶格。超晶格纳米线阵列特殊的结构就决定了其大量界面及量子阱的存在，影响了载流子和激子在纳米线生长方向和直径方向的运动，从而导致特殊现象（效应）的出现，并直接影响了其在纳米结构和纳米器件中的应用。

碲(Te)是一种窄带半导体材料，具有优良的光学、光电和热电性质，已经成为电子计算机、通讯及宇航开发、能源、医药卫生所需新材料的支撑材料。PbTe是Ⅳ-Ⅵ族中一种重要的半导体材料，是一种窄带隙半导体铅盐。PbTe同铅的其他硫族化合物一样，都是双极型半导体，可以是p型也可以是n型。当Pb的含量高于PbTe的化学计量比1:1时，该化合物为n型半导体；反之，当Te的含量高于PbTe的化学计量比时，该化合物为p型半导体。另外还可以通过加入不同的杂质，改变其导电类型。由于其带隙较窄（300K时，约为0.31eV），具有优越的电学、光学和磁学性质，所以广泛应用在热电领域，红外光电器件和敏化太阳能电池领域上，其制备方法及光电磁性质的表征是目前最活跃的研究领域之一。为了获得各类结构、体系的超晶格材料，人们在实践中进行了多种探索：分子束外延、气相沉积、激光烧蚀、磁控溅射、电化学沉积等方法都是被用来制备超晶格的有效方法。相对于其他方法，电化学沉积以其成本小、加工温度低，常常在室温、驱动力容易控制和产物结晶好等特点而被比较多地应用于超晶格材料的制备中。

近年来，有关低维超晶格纳米结构材料的研究一直是业界的一个热点。申请人利用脉冲电化学沉积法制备出了Bi/Sb超晶格纳米线[Xue,F.H.;Fei,G.T.et.al,J Am Chem Soc2005,127,15348]；M.S.Gudikse等利用激光辅助催化生长的方法制备出了GaAs/GaP[M.S.Gudiksen et al,Nature2002,415,617]；Akihiro Ishida等利用分子束外延法制备出了PbSnCaTe/PbSnTe超晶格材料[A.Ishida et al,Jpn.J.Appl.Phys.,41(2002),p.3655]；Dhego Banga等利用电化学原子层沉积法制备出了PbSe/PbTe超晶格材料[D.Banga et al,Journal of The Electrochemical Soci ety,158(2)D99-D106(2011)]。然而，相对于各类异质材料超晶格的广泛研究，Te-PbTe纳米晶组装超晶格纳米线的制备方法还未见公开报道。本专利通过氧化铝模板制备Te-PbTe晶体组装超晶格纳米线阵列主要是通过脉冲电流沉积或者直流电沉积方式。它成本低、工艺简单方便、组分和结构易调控。在能源、热电、光学和电学等方面存在巨大的潜在应用前景。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种制备碲-碲化铅纳米晶组装超晶格纳米线阵列的方法，其步骤简单，可控性强，成本低。

本发明使用脉冲电化学沉积技术，对含有铅和碲元素的电解液进行脉冲电化学沉积，获得Te-PbTe晶体组装超晶格纳米线。该方法包括以下具体步骤：

（1）采用二次阳极氧化法，在含有0.1～0.5M的电解液中通过阳极电化学腐蚀制备出多孔阳极氧化铝模板（PAA），并在其背面溅射蒸镀100nm～200nm的金膜作为电极。

（2）使用脉冲电化学沉积方法，在一定的沉积参数和条件下，以喷金的PAA模板作为阴极，石墨作为阳极，使用上述的含有Pb和Te元素的电沉积溶液，在氧化铝模板孔道中进行PbTe和Te元素的电化学沉积。

（3）电沉积结束后，将样品取出，放置去离子水中清洗，刻蚀掉氧化铝模板后，得到Te-PbTe晶体组装超晶格纳米线阵列。