本發(fā)明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種納米線的激光沉積制備方法。
背景技術：
半導體異質結是由兩塊因成份調制而帶隙能量不同的單晶半導體連接而成的。異質結可以分為同型(n-n或p-p)和異型(p-n)異質結兩種。同型異質結能形成限制載流子的勢壘，從而有效的縮短載流子的擴散長度。異型異質結可以通過改變結兩側帶隙能量的相對大小來提高電子或空穴的注入效率。當LED的有源層厚度可以和晶體中電子的德布羅意(de Broglie)波長相比擬或比它小時，載流子會被量子限域。這種雙異質結構即為量子阱(QW)結構。量子阱結構是現(xiàn)在高亮度發(fā)光二極管(LED)最通用的結構。氧化鋅是一種新型的II～VI族直接寬帶隙化合物半導體材料，具有優(yōu)異的光學和電學特性，室溫下的帶隙為3.37eV，激子束縛能為60meV，大于室溫下的熱離化能(25meV)，具備了發(fā)射藍光或近紫外光的優(yōu)越條件，可開發(fā)出紫外、藍光、綠光等多種發(fā)光器件。氧化鋅納米線由于具有獨特的尺寸、維度及新穎的物理性質是人們研究的重點。在襯底上生長的氧化鋅納米線陣列，由于具有統(tǒng)一的生長方向，可以用來組裝氧化鋅的納米線發(fā)光器件、場發(fā)射平板顯示器及納米線發(fā)電機等。其中，基于納米線的發(fā)光二極管是氧化鋅納米線最為重要的用途。要實現(xiàn)氧化鋅納米線的發(fā)光二極管器件，一個首要的前提是要在一根納米線中生長出納米線的異質結構。國際上關于氧化鋅納米線異質結的報道還很少。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)存技術的不足，提供一種基于低密度納米線陣列模板的納米線芯殼異質結構的制備技術，其特點在于納米線異質結生長過程中有效地克服了近鄰納米線間的陰影效應，實現(xiàn)了芯殼型納米線的均勻生長，并且通過原位靶材更換可以容易制備多成份，多殼層納米線異質結構。
本發(fā)明方法技術解決方案是：以低密度納米線陣列為模板，通過低壓脈沖激光沉積技術沿納米線外延生長殼層。其具體步驟如下：
(1)采用傳統(tǒng)低壓脈沖沉積工藝在氧化鋁襯底上沉積一層氧化鋅薄膜，作為氧化鋅納米線生長的緩沖層，將上述生長的樣品為襯底，采用高壓脈沖激光燒蝕方法，生長密度小于1/μm2的氧化鋅納米線陣列；
(2)以(1)步中生長的低密度納米線陣列為模板，采用低壓脈沖激光沉積技術來生長納米線殼層；
(3)通過原位更換靶材，實現(xiàn)多成份、多殼層納米線芯殼結構的生長；
所說的高壓激光燒蝕生長條件是：生長腔內(nèi)壓力為100-200mbar，波長為248納米的KrF脈沖準分子激光照射氧化鋅靶材，能量密度為2-5J/cm2，從而產(chǎn)生氧和鋅的等離子體，并通過Ar氣輸運而沉積在生長有厚度為500-1500nm的氧化鋅緩沖層的氧化鋁襯底上，從而制備出低密度納米線陣列。
所說的低壓脈沖激光沉積生長條件是：生長腔內(nèi)氣壓為10-5-10-7mbar，波長為248納米的KrF脈沖準分子激光照射氧化鋅(ZnO)或氧化鋅鎂(ZnxMg1-xO，0.7＜x＜1)靶材，從而產(chǎn)生氧和鋅的等離子體，并以低密度氧化鋅納米線為模板，在其上外延生長。
所說的原位更換靶材是通過一個多靶材控制系統(tǒng)在生長腔內(nèi)短時間(小于1分鐘)完成不同成份的靶材更換，不需要破壞原有生長條件。
本發(fā)明的有益效果為：綜合利用一臺激光器，實現(xiàn)了高壓和低壓脈沖激光燒蝕沉積的有機結合，提高了設備的利用率；以低密度氧化鋅納米線陣列為模板，利用低壓脈沖激光沉積外延生長納米線的殼層結構，有效克服了現(xiàn)存制備技術中的陰影效應；通過原位靶材更換，可方便實現(xiàn)多殼層納米線的制備與殼層厚度控制；獲得了結構和光學性質可控的芯殼型納米線，比現(xiàn)有技術制備的納米線異質結更加均勻。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步詳細說明，但本發(fā)明不限于以下列舉的特定例子。
實施例1
(ZnO/Zn0.9Mg0.1O芯殼型納米線的制備)
(1)以純度為99.999％的氧化鋅粉末為原料，經(jīng)過壓片和燒結工藝，制成氧化鋅的靶材。
(2)以傳統(tǒng)低壓脈沖沉積工藝生長氧化鋅薄膜材料。具體生長參數(shù)如下：靶材是如(1)制備方法所述的氧化鋅靶，生長溫度是650℃，生長壓力10-4mbar，背景氣壓是高純氧氣，襯底是a趨向的藍寶石(Al2O3)，尺寸1×1cm2，激光工作條件是：波長248nm，頻率10Hz，能量密度1-2J/cm2，生長時間是10分鐘。
(3)以高壓脈沖激光燒蝕方法生長低密度氧化鋅納米線陣列。具體生長參數(shù)如下：生長溫度是850℃，生長壓力是100mbar，高純氬氣用作載氣，襯底是上述(2)步中制備所得樣品，激光的工作條件是：波長248nm，頻率10Hz，能量密度2J/cm2，生長時間是20分鐘。
(4)以上述(3)步中制備的氧化鋅納米線線陣列為模板，采用低壓脈沖沉積工藝外延納米線殼層。具體生長參數(shù)如下：靶材是Zn0.9Mg0.1O，生長溫度是650℃，生長氣壓是10-4mbar，背景氣壓是高純氧氣，激光的工作條件是：波長248nm，頻率1Hz，能量密度1-2J/cm2，生長時間是10分鐘。
實施例2
(ZnO/(Zn0.9Mg0.1O/ZnO/Zn0.9Mg0.1O)芯-多殼型(量子阱)納米線的制備)
(1-4)步同實施例1，制備ZnO/Zn0.9Mg0.1O芯-殼型納米線陣列樣品。
(5)以ZnO/Zn0.9Mg0.1O芯-殼型納米線為模板，通過原位把靶材更換為氧化鋅(ZnO)，以如下低壓脈沖沉積工藝條件下外延氧化鋅殼層：生長溫度是650℃，生長氣壓10-4mbar，背景氣壓是高純氧氣，激光的工作條件是：波長248nm，頻率1Hz，能量密度1-2J/cm2。并通過生長時間嚴格控制氧化鋅殼層的生長厚度，從而生長ZnO/Zn0.9Mg0.1O/ZnO芯-殼型納米線。
(6)以ZnO/Zn0.9Mg0.1O/ZnO芯-殼型納米線為模板，通過原位把靶材更換為氧化鋅鎂(Zn0.9Mg0.1O)，以如下低壓脈沖沉積工藝條件下外延氧化鋅殼層：生長溫度是650℃，生長氣壓10-4mbar，背景氣壓是高純氧氣，激光的工作條件是：波長248nm，頻率5Hz，能量密度1-2J/cm2。并通過生長時間嚴格控制氧化鋅鎂殼層的生長厚度，制備ZnO/Zn0.9Mg0.1O/ZnO/Zn0.9Mg0.1O芯-殼型納米線，即量子阱納米線。
實施例3
(不同成份多殼層納米線的生長)
(1-6)步同實例2，作為本發(fā)明的內(nèi)涵和外延，其殼層成份可以是如下多種適于激光脈沖沉積材料：ZnxMg1-xO(0≤x≤0.3)；Al2O3；MgO；MnO；ZnO：X(X：N；P；As等)等；在本發(fā)明描述的技術工藝條件下，其殼層層數(shù)可以是1-15。作為本發(fā)明內(nèi)含的上述工藝，在本說明書中不再一一列舉，但也包含在本發(fā)明當中。
綜上實施例子，通過本發(fā)明工藝可以實現(xiàn)一類具有均勻結構的芯殼型納米線的生長。芯殼型半導體納米線對于組裝氧化鋅納米線的半導體異質結構、發(fā)光二極管器件及太陽能電池器件，均具有至關重要的科學和現(xiàn)實意義。
雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發(fā)明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。