[发明专利]一种最优光电效能的半导体纳米线阵列制备方法

权利要求书

1.一种最优光电效能的半导体纳米线阵列制备方法，适用于催化分子束外延生长砷化镓等III-V族纳米线阵列，该方法的特征在于步骤如下：

1)选择(111)B晶向的砷化镓衬底并使用分子束外延方法在其上生长一定厚度的砷化镓缓冲层；

2)通过热蒸发在缓冲层上沉积金膜并退火形成无规均匀分布的催化剂颗粒；

用分子束外延方法，根据拟制备的III-V族纳米线材料体系，选择最优V/III束流比，在较宽的衬底窗口温度中选择一系列的温度生长垂直纳米线阵列试样；

3)使用导电原子力显微镜，在定量光激发条件下，测量步骤3生长的垂直纳米线阵列中单根纳米线的光电流；

4)重复步骤3)，对其他生长条件下制备的纳米线试样进行单根纳米线光电流测量，通过比较各试样单根纳米线光电流平均值大小的方式，评估不同生长条件下纳米线阵列的光电性能，找出最佳生长温度条件；

5)使用分子束外延方法，选择步骤4)确定的最佳生长温度条件制备纳米线阵列。

2.如权利要求书1中所述的一种最优光电效能的半导体纳米线阵列制备方法，其特征在于：在步骤1)中生长所述的砷化镓缓冲层之前，对衬底进行除气和脱氧处理，缓冲层的厚度为200～500纳米。

3.如权利要求书1中所述的一种最优光电效能的半导体纳米线阵列制备方法，其特征在于：步骤2)中所述的在缓冲层上热蒸发沉积金膜并退火形成催化剂颗粒，具体方法如下：真空加热金的源炉至1000摄氏度，在缓冲层上热蒸发沉积10纳米厚金膜，而后在550摄氏度的衬底温度下退火5分钟，使金膜收缩形成无规均匀分布的催化剂颗粒。

4.如权利要求书1中所述的一种最优光电效能的半导体纳米线阵列制备方法，其特征在于：步骤2)中所述的根据拟制备的III-V族纳米线材料体系，选择最优V/III束流比为：将V/III束流比控制在20：1。

5.如权利要求书1中所述的一种最优光电效能的半导体纳米线阵列制备方法，其特征在于：步骤2)中所述的在较宽的衬底窗口温度中选择一系列的温度生长垂直纳米线阵列试样方法为：对于砷化镓纳米线，衬底的窗口温度430～550摄氏度；对于其他含铟的III-V族纳米线，随着铟组分的增加，窗口温度降低0～80摄氏度。

6.如权利要求书1中所述的一种最优光电效能的半导体纳米线阵列制备方法，其特征在于：步骤3)中所述的使用导电原子力显微镜，在定量光激发条件下，测量垂直纳米线阵列中单根纳米线的光电流方法为：在相同的光激发条件下，使用导电原子力显微镜测量单根纳米线的光电流-偏压曲线；对于每个纳米线试样，随机选择不少于20根纳米线进行测量；试样准备采用机械旋涂法，将聚甲基丙烯酸甲酯均匀地旋涂在纳米线外表面，随后将其烘焙固化，通过抛光减薄固化后的样品至纳米线阵列1微米高；选择激发光源的波长，使光子能量大于纳米线材料的能隙，激发功率在0.5～10毫瓦，以获得较高信噪比的光电流信号，同时不对导电原子力显微镜的工作产生影响。

7.如权利要求书1中所述的一种最优光电效能的半导体纳米线阵列制备方法，其特征在于：步骤4)中所述的评估不同生长条件下纳米线阵列光电性能，找出最佳生长温度条件方法为；统计相同的反向偏压下不同试样单根纳米线光电流的平均值，获得单根纳米线最大平均光电流所对应的生长温度即为最优光电效能的半导体纳米线阵列生长温度条件；根据纳米线的能隙，选择的反向偏压条件在1～10伏之间，随着能隙的增加，偏压也随之增加。