[发明专利]一种条状InAs纳米带及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种条状InAs纳米带及其制备和应用，属于半导体材料制备与应用技术领域。

技术背景

近年半导体纳米结构因其在纳米光子学,纳米电子学,器件集成等方面有着巨大的潜力吸引了越来越多的关注。而III-V族半导体具有独特的物理和化学性质，使得其在纳米光子学和纳米电子学等方面更有着很高的潜在应用。III-V族半导体因为其具有着高迁移率和较窄的带隙，使得其在单电子晶体管、共振隧穿二极管和弹道晶体管等方面有着重要的应用。然而III-V族半导体纳米材料不同于II-VI族或V族材料，因为其制备所需要的条件比较苛刻、设备比较昂贵、对环境毒害大，限制了其广泛的应用。目前主要采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)生长技术来制备一维III-V纳米材料，以上方法制备的纳米材料有一定优越性，但是也有它的局限性，由于上面方法采用的设备较为昂贵，这在很大程度上限制了制备方法的推广，而且上面两种方法制备的纳米结构较短，这也限制了纳米材料的应用。

III-V族纳米带的生长方式以及生长方向不同于纳米线，这也使得目前没有有关于III-V族纳米带的报道。对III-V族纳米线尤其是InAs纳米线而言，其制备方法通常采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)生长技术来制备。由于制备方法的限制导致现有InAs纳米线的生长方向一般为[111]，其制备的InAs纳米线的长度一般为1-5um，直径一般为5-200nm。

二维结构的纳米带材料更接近于体材料，由于III-V族材料本身具有着较高的迁移率，这使得III-V族纳米器件在集成半导体器件上的应用有着非常高的价值。但现有技术中还鲜有III-V族纳米带及其制备技术的记载；尤其是没有III-V族纳米线沿生长方向生长成纳米带的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种条状InAs纳米带及其制备和应用；解决了现有技术中无法制备三五族纳米带的难题。

本发明一种条状InAs纳米带，所述InAs纳米带是化学式为InAs的条状纳米带，所述条状InAs纳米带的带宽为500nm-5μm，优选为1-5μm，进一步优选为1-2μm；长度为5-50μm，优选为10-30μm，进一步优选为10-20μm。

本发明一种条状InAs纳米带，所述条状InAs纳米带的厚度为30-400nm，优选为30-200nm，进一步优选为30-100nm。

本发明一种条状InAs纳米带，所述条状InAs纳米带中In元素与As元素的摩尔比为0.85-1.15：0.85-1.15，优选为0.95-1.05：0.95-1.05，进一步优选为1:1。

本发明一种条状InAs纳米带的制备方法，包括下述步骤：

将表面分散金颗粒的Si片平铺于磁舟3上后置于带有进气口和出气口的水平管式炉中，抽真空，通入载气并升温至磁舟3的加热温度为400-700℃，优选为450-650℃，进一步优选为500-600℃后，通入InAs蒸气，InAs蒸气通过载气送至Si片上生成InAs纳米线后，再按摩尔比，In：As＝100-1000:1、优选为100-500:1、进一步优选为200-500:1；往炉内同时通入InAs蒸气和In蒸气；InAs蒸气和In蒸气通过载气送至所生成的InAs纳米线反应，得到条状InAs纳米带；反应时，控制炉内压力为1-20Torr，优选为2-10Torr，进一步优选为2-5Torr；控制载气流速为10-100sccm，优选为30-70sccm，进一步优选为40-60sccm。

所述载气选自氢气、氩气中的至少一种。

为了保证所得产品的优良性能，上述操作制备InAs纳米线时，一般控制InAs蒸气在Si片上的反应时间为1-20分钟，优选为5-15分钟，进一步优选为5-10分钟。得到InAs纳米线后，控制载气携带In蒸气、InAs蒸气在InAs纳米线上的反应时间为60-180分钟，优选为60-120分钟，进一步优选为80-100分钟。

在实际操作过中，上述操作必须借助InAs蒸气储备室、InAs蒸气稀释室、In蒸气储备室、In蒸气稀释室，不利于节约化生产和制备目标材料。同时为了由于上述操作是通过进气阀来调节In蒸气、InAs蒸气的进入量，由于温度较高，很容易导致进气阀的老化进而失效。所以本发明优化了制备方法，具体优化实施方案如下：