[发明专利]一种利用Sn纳米线作为模板引导生长CdS分支结构及其催化生长方法和应用

说明书

本发明属于半导体光电纳米材料制备技术领域，公开了一种利用Sn纳米线作为模板引导生长CdS分支结构的催化生长方法。该方法是将CdS固体粉末和SnOsubgt;2/subgt;粉末研磨并混合均匀，得到前驱体混合粉末；将前驱体混合粉末倒入瓷舟中，置于管式炉的中心加热温区位置，将预处理的云母片衬底置于距中心加热温区11～12cm处的下游沉积区的瓷舟上，将瓷舟均置于石英管内，通入氢气和氩气的混合气体，将石英管内的空气排净后，在850～1150℃温度下反应，加热过程中，气流速率保持为20～40sccm，反应结束后自然降至室温，在石英管内壁和云母衬底上得到Sn掺杂CdS分支结构。该方法不需要辅助条件，通过调节合成参数一步生长得到。

技术领域

本发明属于半导体光电纳米材料制备技术领域，更具体地，涉及一种利用Sn纳米线作为模板引导生长CdS分支结构及其催化生长方法和应用。

背景技术

CdS作为II-VI族半导体重要的一员，CdS具有较宽的带隙(室温下为2.42eV)，且为直接带隙，激子结合能较大，具有很强的极性，应用范围广泛。同时CdS是典型的纤锌矿结构半导体，是一种优越的光学微腔模板材料。其制备方法简单、限域效应明显、电子结构简单，CdS微/纳材料成为许多纳米尺度光电性能关注的半导体材料，一定程度上推动了纳米技术的进步。其中，在纳米晶、纳米线和纳米片等维度不同的结构中，产生了许多量子限域引发的新物性，拓展了人们对物质相和物性应用的认知，开辟了众多的新应用。

分支结构具有多分支的网络化纳米结构体系，作为一维纳米线的集合，被认为是构建具有可实用、阵列化的复杂纳米光电器件的可用模块之一，应用潜力巨大，受到广泛关注。而所谓的带分支或树状网络化纳米结构，就是在主干纳米线上长有一个或多个次分支纳米线的复杂微纳结构。由于分支结构的出现，相对于在微纳器件构建过程中接入了更高维度的微纳结构，而这种更高维度的微纳结构是在其化学制备过程中自发生长而成，具有较高的结晶度，在分支结构与主干处可以很好的实现并行接入和互联，同时实现了对纳米线性能的增强与调控，是一类特殊且具有研究价值的纳米结构。正因为如此，针对多分支纳米结构，如梳状阵列，四脚锥等特殊的结构的相关研究在近些年成为了比较热门的课题，国际上许多课题组都展开了类似的研究。然而通常合成分支结构需要较为复杂的方法，分步，微波辅助等方法，步骤较为复杂且耗时，而且表面不洁净，晶格质量不佳均影响了光子在分支结构中的无损耗高效传输与电学性能。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种利用Sn纳米线作为模板引导生长CdS分支结构构的催化生长方法，该方法采用锡催化CVD的生长方法，通过调节生长过程中的反应条件，使Sn纳米线纵向与横向析出，进而一步生长得到Sn掺杂CdS分支结构。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种利用Sn纳米线作为模板引导生长CdS分支结构的催化生长方法，包括如下具体步骤：

S1.将CdS固体粉末和SnO₂粉末研磨并混合均匀，得到前驱体混合粉末；

S2.将云母衬底分别用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗，随后用氮气枪吹干，得到预处理的云母片衬底；

S3.将步骤1中的前驱体混合粉末倒入瓷舟中，置于管式炉的中心加热温区位置，将预处理的云母片衬底置于距中心加热温区11～12cm处的下游沉积区的瓷舟上，将瓷舟均置于石英管内，通入氢气和氩气的混合气体，将石英管内的空气排净后，在850～1150℃反应，加热过程中气流速率保持为20～40sccm，在预处理的云母片衬底上沉积形成Sn纳米线，反应结束后自然降至室温，在石英管内壁和云母衬底上得到Sn掺杂CdS分支结构。

优选地，步骤S1中所述的CdS固体粉末和SnO₂粉末的质量比为(5～20)：1。

优选地，步骤S2中所述的清洗的时间为10～20min。