一种过渡金属氧化物纳米线阵列的掺杂方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102817077A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102817077A(43)申请公布日2012.12.12(21)申请号201210256523.3(22)申请日2012.07.24(71)申请人长春理工大学地址130022吉林省长春市朝阳区卫星路7089号(72)发明人魏志鹏杜鸿延方铉方芳李金华楚学影陈新影王晓华王菲(51)Int.Cl.C30B29/16(2006.01)C30B29/62(2006.01)C30B25/00(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图11页(54)发明名称一种过渡金属氧化物纳米线阵列的掺杂方法(57)摘要本发明提出一种基于高温刻蚀方法对过渡金属氧化物纳米线阵列进行掺杂的技术。将过渡金属衬底和掺杂用的金属氯化物等重量地分别置于管式炉中，对真空管内腔进行处理，排出杂质气体。管式炉升温至500～700℃后通入掺5～15％O2的Ar气，在过渡金属衬底表面生成过渡金属氧化物层，金属氯化物与O2反应生成氯气和过渡金属氧化物，因过渡金属氧化物为气态，继续升温至刻蚀温度到900～980℃范围内，它会随着氯气透过过渡金属氧化物层向下扩散，形成掺杂的气态过渡金属氯化物，自组装形成近乎直立的纳米线阵列，有效实现过渡金属掺杂的目的，再被混合气体中的O2氧化成过渡金属氧化物，完成掺杂的过渡金属氧化物纳米线阵列的制备。CN10287ACN102817077A权利要求书1/1页1.一种过渡金属氧化物纳米线阵列的掺杂方法：(1)采用的设备为管式炉，采用的装置为真空管及进气管，真空管选用直径为2.5cm，长度为1.5m的石英管。(2)将过渡金属衬底Ni置于真空管中，将过渡金属氯化物如CoCl2等重量地分别置于两个直径为1.5cm，长度为4cm的管状容器中，这两个管状容器的开口端相对朝向过渡金属衬底两侧边缘。将这两个管状容器置于真空管中，将真空管放入管式炉中。(3)真空泵采用机械泵。启动真空泵将管式炉抽真空至1×10-2mbar排出空气等杂质气体。(4)管式炉升温加热真空管至500～700℃，升温速率为50℃/min。自进气管通入掺0.5～15％O2的Ar气(通过在所述范围内调整O2占混合气体体积百分比例，在1～10μm范围内控制过渡金属纳米线长度)，气体流量为50sccm，真空管内腔真空度保持为800mbar。继续升温至刻蚀温度，刻蚀温度确定在900～980℃范围内，保持10～30分钟(通过在所述范围内调整刻蚀温度，在100～500nm范围内控制过渡金属纳米线直径)。(5)生长完成后将样品自然冷却至室温后取出。2.根据权利要求1所述的一种过渡金属氧化物纳米线阵列的掺杂方法，其特征在于，所述过渡金属为Ni、Co、Cd等，所述过渡金属氯化物为NiCl2、CoCl2、CdCl2或者MnCl2等。3.根据权利要求1所述的一种过渡金属氧化物纳米线阵列的掺杂方法，其特征在于，通过在所述范围内调整O2占混合气体体积的百分比例，在1～10μm范围内控制过渡金属纳米线长度；通过在所述范围内调整刻蚀温度，在100～500nm范围内控制过渡金属纳米线直径。2CN102817077A说明书1/3页一种过渡金属氧化物纳米线阵列的掺杂方法技术领域[0001]本发明涉及一种对过渡金属镍、钴氧化物纳米线阵列进行元素掺杂的制备方法，属于半导体材料技术领域。背景技术[0002]过渡金属氧化物纳米材料具有独特性质，如NiO纳米材料是一种禁带宽度较大的p-型半导体材料，具有较高的电容量，成本低，来源广泛，对环境友好等优点，因此在电子器件方面有很好的应用价值。另外，NiO在催化剂、气敏元件、磁性材料等方面也有着广阔的应用前景。[0003]现有能够制备金属氧化物纳米线阵列的方法有很多，如分子束外延法、溶胶-凝胶法、CVD法等，其中VLS(固-液-气)生长机制被认为是一种有效的控制纳米线生长的方法，但由于NiO等过渡金属氧化物不具有单一的择优生长取向，并存在掺杂困难和掺杂不均匀现象。且所得到的纳米线尺寸和形貌不可控，因此采用传统的设备方法无法达到对过渡金属氧化物纳米线阵列进行掺杂均匀且形貌可控的目的。另外，由于该方法需预先在衬底上蒸镀金属膜作为催化剂，使得制备方法繁琐、成本较高。因此寻求一种简单、有效的对过渡金属氧化物纳米线阵列进行掺杂均匀且形貌可控的方法具有重要意义。发明内容[0004]针对背景技术中所提出的问题，本发明提出一种基于高温刻蚀方法对过渡金属氧化物纳米线阵列进行掺杂的技术。将过渡金属衬底和掺杂用的金属氯化物等重量地分别置于真空管式炉中，启动真空泵对真空管内腔进行真空处理，排出空气等杂质气体。管式炉升温至500～700℃后，通入掺5～15％O2的Ar气，在过渡金属衬底表