專利名稱：一種過渡金屬氧化物納米線陣列的摻雜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對過渡金屬鎳、鈷氧化物納米線陣列進(jìn)行元素?fù)诫s的制備方法，屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
過渡金屬氧化物納米材料具有獨(dú)特性質(zhì)，如NiO納米材料是一種禁帶寬度較大的P-型半導(dǎo)體材料，具有較高的電容量，成本低，來源廣泛，對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，因此在電子器件方面有很好的應(yīng)用價(jià)值。另外，NiO在催化劑、氣敏元件、磁性材料等方面也有著廣闊的應(yīng)用前景。現(xiàn)有能夠制備金屬氧化物納米線陣列的方法有很多，如分子束外延法、溶膠-凝 膠法、CVD法等，其中VLS (固-液-氣)生長機(jī)制被認(rèn)為是一種有效的控制納米線生長的方法，但由于NiO等過渡金屬氧化物不具有單一的擇優(yōu)生長取向，并存在摻雜困難和摻雜不均勻現(xiàn)象。且所得到的納米線尺寸和形貌不可控，因此采用傳統(tǒng)的設(shè)備方法無法達(dá)到對過渡金屬氧化物納米線陣列進(jìn)行摻雜均勻且形貌可控的目的。另外，由于該方法需預(yù)先在襯底上蒸鍍金屬膜作為催化劑，使得制備方法繁瑣、成本較高。因此尋求一種簡單、有效的對過渡金屬氧化物納米線陣列進(jìn)行摻雜均勻且形貌可控的方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術(shù)中所提出的問題，本發(fā)明提出一種基于高溫刻蝕方法對過渡金屬氧化物納米線陣列進(jìn)行摻雜的技術(shù)。將過渡金屬襯底和摻雜用的金屬氯化物等重量地分別置于真空管式爐中，啟動(dòng)真空泵對真空管內(nèi)腔進(jìn)行真空處理，排出空氣等雜質(zhì)氣體。管式爐升溫至500 700°C后，通入摻5 15% O2的Ar氣，在過渡金屬襯底表面生成過渡金屬氧化物層，金屬氯化物與O2反應(yīng)生成氯氣和過渡金屬氧化物，由于過渡金屬氧化物為氣態(tài)，繼續(xù)升溫至刻蝕溫度達(dá)到900 980°C范圍內(nèi)(保持10 30分鐘)，它會隨著氯氣透過過渡金屬氧化物層向下擴(kuò)散，形成摻雜的氣態(tài)過渡金屬氯化物，自組裝形成近乎直立的納米線陣列，有效的實(shí)現(xiàn)過渡金屬摻雜的目的，再被02/Ar混合氣體中的O2氧化成過渡金屬氧化物，完成摻雜的過渡金屬氧化物納米線陣列的制備。與現(xiàn)有氣相傳輸方法制備氧化物納米材料的技術(shù)相比，本方法的不同之處在于本方法無需制備金屬膜作為催化劑，且生長過程屬于高溫刻蝕過程，有效的對過渡金屬氧化物納米線陣列進(jìn)行摻雜。具有工藝簡單、操作容易、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。


圖I中圖a是本發(fā)明制備的NiO納米線陣列掃描電子顯微鏡照片。圖b是所對應(yīng)的納米線的發(fā)光圖譜，該圖兼作為摘要附圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一(I)采用的設(shè)備為管式爐，采用的裝置為真空管及進(jìn)氣管，真空管選用直徑為
2.5cm，長度為I. 5m的石英管。(2)將過渡金屬襯底Ni置于真空管中，將過渡金屬氯化物如CoCl2等重量地分別置于兩個(gè)直徑為I. 5cm，長度為4cm的管狀容器中，這兩個(gè)管狀容器的開口端相對朝向過渡金屬襯底兩側(cè)邊緣。將這兩個(gè)管狀容器置于真空管中，將真空管放入管式爐中。(3)真空泵采用機(jī)械泵。啟動(dòng)真空泵將管式爐抽真空至lX10_2mbar排出空氣等雜質(zhì)氣體。(4)管式爐升溫加熱真空管至500 700°C，升溫速率為50°C /min。自進(jìn)氣管通入摻O. 5 15% O2的Ar氣(通過在所述范圍內(nèi)調(diào)整O2占混合氣體體積百分比例，在I IOym范圍內(nèi)控制過渡金屬納米線長度)，氣體流量為50SCCm，真空管內(nèi)腔真空度保持為800mbar。繼續(xù)升溫至刻蝕溫度，刻蝕溫度確定在900 980°C范圍內(nèi)，保持10 30分鐘(通過在所述范圍內(nèi)調(diào)整刻蝕溫度，在100 500nm范圍內(nèi)控制過渡金屬納米線直徑)。(5)生長完成后將樣品自然冷卻至室溫后取出。實(shí)施例二(I)采用的設(shè)備為管式爐，采用的裝置為真空管及進(jìn)氣管，真空管選用石英管，直徑為2. 5cm,長度為I. 5mο(2)將過渡金屬襯底置于真空管中，所述過渡金屬為Ni。將過渡金屬氯化物如CdCl2等重量地分別置于兩個(gè)一端封閉的直徑為I. 5cm，長度為4cm的管狀容器中，并且管狀容器的開口端相對朝向過渡金屬襯底兩側(cè)邊緣，將這兩個(gè)管狀容器置于真空管中，然后放入管式爐中。(3)真空管一端與進(jìn)氣管相連，另一端與真空泵相連。真空泵采用機(jī)械泵。啟動(dòng)真空泵對真空管內(nèi)腔進(jìn)行真空處理，抽真空至lX10_2mbar，排出空氣等雜質(zhì)氣體。(4)將石英管放置在管式爐中進(jìn)行加熱，以升溫速率為50°C /min的速度將管式爐升溫至500 700°C。自進(jìn)氣管通入02/Ar2的混合氣體，O2占混合氣體體積的O. 5 15%(通過在所述范圍內(nèi)調(diào)整O2占混合氣體體積百分比例，在I ΙΟμπι范圍內(nèi)控制過渡金屬納米線長度)，氣體流量為50SCCm，真空管內(nèi)腔真空度保持為800mbar。繼續(xù)升溫至刻蝕溫度，刻蝕溫度在900 980°C范圍內(nèi)保持10 30分鐘(通過在所述范圍內(nèi)調(diào)整刻蝕溫度，在100 500nm范圍內(nèi)控制過渡金屬納米線直徑)。(5)生長完成后將樣品自然冷卻至室溫后取出。實(shí)施例三(I)采用的設(shè)備為管式爐，采用的裝置為直徑為2. 5cm，長度為I. 5m的石英真空管。(2)將過渡金屬襯底Co置于真空管中，過渡金屬氯化物如CdCl2等重量地分別置于直徑為I. 5cm,長度為4cm的管狀容器中，并且管狀容器的開口端相對朝向過渡金屬襯底兩側(cè)邊緣，將這兩個(gè)管狀容器置于真空管中，然后放入管式爐中。(3)真空泵采用機(jī)械泵。啟動(dòng)真空泵自進(jìn)氣管抽入Ar氣清洗進(jìn)氣管及真空管內(nèi)腔。然后由真空泵將真空管抽真空至lX10_2mbar。(4)對管式爐進(jìn)行加熱，管式爐升溫至500 700°C，溫速率為50°C /min,自進(jìn)氣管通入摻O. 5 15% O2的Ar氣，氣體流量為50sccm，真空管內(nèi)腔真空度保持為800mbar。繼續(xù)升溫至刻蝕溫度，刻蝕溫度在900 980°C范圍內(nèi)，保持10 30分鐘。(5)生長完成后將樣品自 然冷卻至室溫后取出。
權(quán)利要求
1.一種過渡金屬氧化物納米線陣列的摻雜方法 (1)采用的設(shè)備為管式爐，采用的裝置為真空管及進(jìn)氣管，真空管選用直徑為2.5cm,長度為I. 5m的石英管。
(2)將過渡金屬襯底Ni置于真空管中，將過渡金屬氯化物如CoCl2等重量地分別置于兩個(gè)直徑為I. 5cm，長度為4cm的管狀容器中，這兩個(gè)管狀容器的開口端相對朝向過渡金屬襯底兩側(cè)邊緣。將這兩個(gè)管狀容器置于真空管中，將真空管放入管式爐中。
(3)真空泵采用機(jī)械泵。啟動(dòng)真空泵將管式爐抽真空至lX10_2mbar排出空氣等雜質(zhì)氣體。
(4)管式爐升溫加熱真空管至500 700°C，升溫速率為50°C/min。自進(jìn)氣管通入摻O. 5 15% O2的Ar氣(通過在所述范圍內(nèi)調(diào)整O2占混合氣體體積百分比例，在I 10 μ m范圍內(nèi)控制過渡金屬納米線長度)，氣體流量為50SCCm，真空管內(nèi)腔真空度保持為800mbar。繼續(xù)升溫至刻蝕溫度，刻蝕溫度確定在900 980°C范圍內(nèi)，保持10 30分鐘(通過在所述范圍內(nèi)調(diào)整刻蝕溫度，在100 500nm范圍內(nèi)控制過渡金屬納米線直徑)。
(5)生長完成后將樣品自然冷卻至室溫后取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種過渡金屬氧化物納米線陣列的摻雜方法，其特征在于，所述過渡金屬為Ni、Co、Cd等，所述過渡金屬氯化物為NiCl2、CoCl2、CdCl2或者M(jìn)nCl2等。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種過渡金屬氧化物納米線陣列的摻雜方法，其特征在于，通過在所述范圍內(nèi)調(diào)整O2占混合氣體體積的百分比例，在I 10 μ m范圍內(nèi)控制過渡金屬納米線長度；通過在所述范圍內(nèi)調(diào)整刻蝕溫度，在100 500nm范圍內(nèi)控制過渡金屬納米線直徑。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于高溫刻蝕方法對過渡金屬氧化物納米線陣列進(jìn)行摻雜的技術(shù)。將過渡金屬襯底和摻雜用的金屬氯化物等重量地分別置于管式爐中，對真空管內(nèi)腔進(jìn)行處理，排出雜質(zhì)氣體。管式爐升溫至500～700℃后通入摻5～15％O2的Ar氣，在過渡金屬襯底表面生成過渡金屬氧化物層，金屬氯化物與O2反應(yīng)生成氯氣和過渡金屬氧化物，因過渡金屬氧化物為氣態(tài)，繼續(xù)升溫至刻蝕溫度到900～980℃范圍內(nèi)，它會隨著氯氣透過過渡金屬氧化物層向下擴(kuò)散，形成摻雜的氣態(tài)過渡金屬氯化物，自組裝形成近乎直立的納米線陣列，有效實(shí)現(xiàn)過渡金屬摻雜的目的，再被混合氣體中的O2氧化成過渡金屬氧化物，完成摻雜的過渡金屬氧化物納米線陣列的制備。
文檔編號C30B25/00GK102817077SQ20121025652
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者魏志鵬, 杜鴻延, 方鉉, 方芳, 李金華, 楚學(xué)影, 陳新影, 王曉華, 王菲 申請人:長春理工大學(xué)