[发明专利]一种Si衬底上InGaN纳米柱@Au纳米粒子复合结构及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种Si衬底上InGaN纳米柱@Au纳米粒子复合结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)衬底与晶面的选取：采用Si衬底，选取Si(111)晶面；

(2)衬底清洗与除气处理：首先用有机溶剂除去Si衬底表面的有机污染物；然后超声刻蚀，最后用高纯干燥氮气吹干；对Si衬底进行表面清洗后，将Si衬底温度升至生长温度，保证升温期间样品表面的水气可以被除去；

(3)衬底退火处理：将步骤(2)所得Si衬底放入反应室内，在900～980℃下对Si衬底进行退火处理，以获得重构的表面；

(4)AlN缓冲层的制备：将步骤(3)所得Si衬底的温度控制在450～550℃，转速为5-10r/min，沉积厚度为5～50nm的金属铝薄膜，然后采用氮等离子体源对金属铝薄膜进行氮化，等离子体源的功率为300～450W，氮气流量为1～5sccm，在Si衬底上获得AlN缓冲层；

(5)InGaN纳米柱的生长：采用分子束外延生长工艺，控制Si衬底温度为450～900℃，转速为5-10r/min，Ga流量为1.5×10^-8～1.5×10^-7Torr，In流量为3×10^-8～5×10^-7Torr，氮气流量为1～5sccm，射频活化功率为200-450W，在步骤(4)得到的AlN缓冲层上生长InGaN纳米柱；

(6)InGaN纳米柱@Au纳米粒子的制备：采用电子束蒸发工艺，在步骤(5)所得InGaN纳米柱表面负载Au纳米粒子，具体如下：在腔室中，设置Si衬底转速为30-60r/min，Au沉积速率为在InGaN纳米柱表面沉积的Au，得到InGaN纳米柱@Au纳米粒子复合材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述用有机溶剂除去Si衬底表面的有机污染物是依次在四氯化碳、甲苯、丙酮、无水乙醇中旋洗，之后用水漂洗干净；

所述超声刻蚀是在HF溶液中超声刻蚀除去表面氧化层，再用水漂洗干净。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述退火处理的时间为0.5～1小时。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述氮化的时间为10～50分钟。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述电子束蒸发过程中，腔室背景压力8×10^-4Pa。

6.权利要求1-5任一项所述的制备方法制备的Si衬底上InGaN纳米柱@Au纳米粒子复合结构，其特征在于，包括Si衬底(1)，生长在Si衬底(1)上的AlN缓冲层(2)，生长在AlN缓冲层(2)上的InGaN纳米柱@Au纳米粒子复合结构(3)。

7.根据权利要求6所述的Si衬底上InGaN纳米柱@Au纳米粒子复合结构，其特征在于，所述AlN缓冲层的厚度为5-50nm。

8.根据权利要求6所述的Si衬底上InGaN纳米柱@Au纳米粒子复合结构，其特征在于，所述的InGaN纳米柱@Au纳米粒子复合结构中InGaN纳米柱的高度为60～1000nm,直径为15～200nm。

9.根据权利要求6所述的Si衬底上InGaN纳米柱@Au纳米粒子复合结构，其特征在于，所述InGaN纳米柱@Au纳米粒子复合结构是一维的InGaN纳米柱表面负载零维Au纳米粒子的异维复合结构，其中Au纳米粒子粒径为5～100nm。

10.权利要求6-9任一项所述的Si衬底上InGaN纳米柱@Au纳米粒子复合结构应用于光电解水产氢中。