[发明专利]一种p型和n型导电铌酸锂纳米线的制备方法

说明书

本发明提出了一种p型和n型导电铌酸锂纳米线的制备方法，其包括以下步骤：步骤一：利用热固定技术，对多畴铌酸锂晶体进行均匀加热一定时间，并自然冷却至室温，使晶体中的质子被固定在畴壁区域；步骤二：利用电极化技术将上述制得的铌酸锂晶体进行一次极化；步骤三：利用电极化技术将上述制得的铌酸锂晶体进行第二次极化，可以改变步骤二中制备的纳米线导电类型，其能够通过一次极化反转实现p型和n型导电载流子类型的转换。所述方法解决铌酸锂晶体中纳米尺度下输运载流子的调控技术，实现了在纳米尺度下铌酸锂电学特性的调控难题。

技术领域

本发明属于晶体纳米线的制备技术领域，具体涉及一种p型和n型导电铌酸锂纳米线的制备方法。

背景技术

铌酸锂晶体(lithium niobate，LiNbO₃)是一种重要的光学材料，在集成光学、非线性光学、光电子元器件等领域中具有广泛的应用，被称作最有发展前途的“光学硅”材料之一。由于铌酸锂晶体属于宽禁带材料(室温下的带隙宽度约为～4.0eV)，一般来说，在室温或者接近室温的环境中，未还原或者名义纯铌酸锂晶体的电导率都在10^-16-10^-18Ω^-1cm^-1范围内，因此受铌酸锂晶体禁带宽度大、电导率低以及缺少稳定的p型电导限制，铌酸锂晶体在电学方面未曾展示出任何应用的前景，在有源器件方面的应用受到了限制。目前通过掺杂技术调控铌酸锂晶体的电学特性是最有效的手段，比如掺镁铌酸锂晶体，掺铁铌酸锂晶体。但低剂量的掺杂并不能极大改变铌酸锂晶体的导电行为。高剂量掺杂的铌酸锂晶体很难生长。更重要的是到目前为止仍没有能够实现稳定p型铌酸锂晶体的制备。这一技术瓶颈极大限制了以铌酸锂为基底的有源器件制备。

发明内容

为了解决现有技术的不足，发展以铌酸锂晶体为基底的新型有源器件，本申请人经过多年研发，提出了一种p型和n型导电铌酸锂纳米线的制备方法。

依据本发明，提供一种p型和n型导电铌酸锂纳米线的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一：利用热固定技术，对多畴铌酸锂晶体热处理。热处理过程先升温，升至指定温度后保温一段时间，再以一定速率降温。通过热处理过程使晶体中的质子被固定在畴壁区域；

步骤二：利用电极化技术将上述制得的铌酸锂晶体进行一次极化；

步骤三：利用电极化技术将上述制得的铌酸锂晶体进行第二次极化，改变步骤二中制备的纳米线导电类型。所述制备方法利用铌酸锂中的质子固定理论制备纳米线，所述纳米线结构横向尺寸在几十纳米。

其中，步骤一所述的铌酸锂晶体为Z切向的铌酸锂晶体，晶体可以为同成分铌酸锂晶体，也可以为掺杂其他元素的晶体，比如掺镁铌酸锂晶体。

进一步地，步骤一所述的铌酸锂晶体中的氢离子(质子)浓度建议在10¹⁸cm^-3以上。

进一步地，步骤一所述的加热温度为80-180℃，保温时间0.5-2小时。升温和降温速率温度为5℃/分钟。

进一步地，步骤二所述的极化反转应当在步骤一所述的热处理晶体温度降至室温后进行。

进一步地，步骤二和步骤三所述的极化反转要求使用的电压波形为脉冲电压；极化过程中所施加的电压应不低于铌酸锂晶体的极化反转电压，也应不高于铌酸锂晶体的击穿电压。

进一步地，步骤二所述的极化反转可以采用前向极化方式，也可以采用背向极化方式；如果采用背向极化反转，高压电源正极与初始铌酸锂晶体-Z面电极相连，高压电源负极与初始铌酸锂晶体+Z面相连，即反转后晶体的极化方向平行于初始晶体c轴，可以得到p型导电纳米线结构；如果采用前向极化反转，高压电源正极与初始铌酸锂晶体+Z面电极相连，高压电源负极与初始铌酸锂晶体-Z面相连，即反转后晶体的极化方向平行于初始晶体-c轴，可以得到n型导电纳米线结构。