[发明专利]一种退火处理的Si基InN纳米柱异质结及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种退火处理的Si基InN纳米柱异质结及其制备方法与应用。该制备方法包括以下步骤：(1)采用分子束外延生长工艺，在Si衬底上生长InN纳米柱；(2)将步骤(1)所得InN纳米柱进行退火处理，得到Si基InN纳米柱异质结；所述退火的氛围为N₂保护下的硫氛围、氧氛围或硒氛围。该InN纳米柱异质结包括衬底和生长在衬底上的InN纳米柱，其中InN纳米柱在不同氛围下退火形成异质结。本发明采用一种成本低、工艺简单的方法制备了Si基InN纳米柱异质结光电极。该异质结光电极可用于光电催化水分解制氢，大大提高了产氢效率，为利用太阳能大规模制备氢能源提供有效策略。

技术领域

本发明涉及InN纳米柱领域，具体涉及一种退火处理的Si基InN纳米柱异质结及其制备方法与应用。

背景技术

光电化学水分解制氢在解决全球能源危机和环境问题方面显示出巨大的潜力。InN纳米柱具有较小的带隙(0.65eV)，合适的水氧化的能带位置，从而成为光阳极的一种选择。此外，InN纳米柱具有适合水氧化还原反应的能带位置，高表面积与体积比，使得InN纳米柱有望用于高效光电化学水分解。然而，InN纳米柱的体相和表面电荷快速复合以及缓慢的氧化反应动力学等问题，导致需要额外的偏压来促进电荷转移。如今，构建半导体异质结构调节异质结的能带被认为是促进体电荷和表面电荷分离的最有效方法之一。特别是将具有优异水氧化或还原能力的半导体耦合形成异质结构能活化两种半导体的电子和空穴，能显示出其在水分解的独特优势。因此，为实现高效光电化学水分解，构建基于InN纳米柱的异质结是至关重要的。

化学气相沉积是一种成本低、工艺简单的材料制备方法，但目前还没有文献公开通过将InN纳米柱在不同氛围(N₂保护下的硫氛围、氧氛围和硒氛围)下退火制备InN纳米柱异质结，从而实现基于InN纳米柱的高效光电化学水分解光电极。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种退火处理的Si基InN纳米柱异质结及其制备方法与在光电化学水分解制氢中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种退火处理的Si基InN纳米柱异质结的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用分子束外延生长工艺，在Si衬底上生长InN纳米柱；

(2)将步骤(1)所得InN纳米柱进行退火处理，得到Si基InN纳米柱异质结；所述退火的氛围为N₂保护下的硫氛围、氧氛围或硒氛围。

优选的，所述退火是在400～500℃下退火5～30min。

优选的，所述退火是在500℃下退火5min。

优选的，所述InN纳米柱密度为150～200μm^-2。

优选的，所述InN纳米柱的高度为150～500nm,直径为60～100nm。

优选的，所述在Si衬底上生长InN纳米柱包括以下步骤：

采用分子束外延生长工艺，控制Si衬底温度为380～450℃，Si衬底转速为10r/min，In束流等效压强为1×10^-7～2.5×10^-7Torr，氮气流量为1～3sccm，氮气等离子体源功率为200～400W，生长时间1～5h，在Si衬底上生长InN纳米柱。

优选的，所述Si衬底为n型Si衬底，导电率0.005Ω。

由以上任一项所述的制备方法制得的一种Si基InN纳米柱异质结，包括衬底和生长在衬底上的InN纳米柱，其中InN纳米柱在不同氛围下退火形成异质结。。

以上所述的一种Si基InN纳米柱异质结在制备光电极中应用。