專(zhuān)利名稱(chēng)：一種催化劑輔助真空熱蒸發(fā)生長(zhǎng)CdTe納米棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種催化劑輔助真空熱蒸發(fā)法生 長(zhǎng)微觀(guān)形貌為納米棒的CdTe薄膜的方法。
技術(shù)背景CdTe在太陽(yáng)光譜波段有很高的吸收系數(shù)，能有效的將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能， 是一種優(yōu)秀的光伏能源材料。以CdTe薄膜為吸收體材料的多晶薄膜光電池有廣 闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，納米材料的發(fā)展顯示，納米尺度的材料很可能有更優(yōu) 異的性質(zhì)，可以制備出性能更好的器件。在納米材料中， 一維納米材料，包括 納米棒、納米線(xiàn)等有重要的技術(shù)應(yīng)用前景，是當(dāng)前材料科學(xué)技術(shù)研究的熱點(diǎn)之 一。目前已有的眾多生長(zhǎng)一維納米結(jié)構(gòu)的方法中，熱蒸發(fā)法和化學(xué)氣相沉積法 是操作相對(duì)簡(jiǎn)單、成本廉價(jià)的方法。美國(guó)華盛頓大學(xué)Yoiman Xia小組采用熱蒸 發(fā)氣相法在Cu襯底的表面氧化生成了具有均勻陣列密度的CuO納米線(xiàn)陣列，參閱 Nano Lett.第12期第2巻1334-1338頁(yè)；中國(guó)中山大學(xué)N. S. Xu小組采用熱蒸發(fā) 氣相法在(100) Si襯底上氧化生成了高度與直徑均一性良好的Mo03納米線(xiàn)陣 列，并且該納米線(xiàn)陣列具有良好的場(chǎng)發(fā)射特性，參閱Appl. Phys. Lett.第13 期第83巻2653-2655頁(yè)；中科院物理所H. J. Gao小組在2005年使用直徑為0. 3mm 的鎢絲為蒸發(fā)源采用熱蒸發(fā)法在(111) Si襯底上生成具有強(qiáng)光致發(fā)光性質(zhì)的WO 納米線(xiàn)，參閱Appl. Phys. Lett.第86期第141901頁(yè)。上述方法均存在兩個(gè)過(guò) 程(1)熱蒸發(fā)過(guò)程；(2)氧化過(guò)程，因此這種方法只適合于制備金屬氧化物 的納米結(jié)構(gòu)，無(wú)法應(yīng)用于其他非氧化合物納米結(jié)構(gòu)的制備之中。化學(xué)氣相沉積法在制備材料的納米棒、納米線(xiàn)等結(jié)構(gòu)方面有大量的報(bào)道。如G.X. Wang等以CdSe粉為原料，以氬氣為載氣，在鍍金的襯底上生長(zhǎng)了各種形 貌的CdSe納米線(xiàn)，參閱Appl. Phys. Lett. 2006年第88期第193115頁(yè)；Z. Q. Wang 等以Cd棒和S粉為原料，氮?dú)鉃檩d氣，在無(wú)催化劑附著的不銹鋼襯底上生長(zhǎng)了CdS 納米帶，參閱Appl. Phys. Lett. 2006年第89期第033102頁(yè)；R. M. Ma等以CdS 粉為原料，氬氣為載氣，在鍍金的(111) Si襯底上生長(zhǎng)出具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的CdS 納米線(xiàn)，參閱Nanotechnology 2007年第18期第2Q5605頁(yè)。 一般說(shuō)來(lái)，化學(xué)氣相 沉積生長(zhǎng)納米棒或線(xiàn)要求用氣體來(lái)傳輸生長(zhǎng)物?？梢钥吹?，用熱蒸發(fā)氣相法制備納米結(jié)構(gòu)的典型材料為金屬氧化物，化學(xué) 氣相沉積法需要引入反應(yīng)氣和載氣，并且很難在各種襯底上得到大面積形貌均 勻的納米結(jié)構(gòu)。而且，制備在ITO玻璃、石英玻璃、硅片上大面積沉積CdTe納米 棒的工作還沒(méi)有見(jiàn)到報(bào)道。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種催化劑輔助真空熱蒸發(fā)法生長(zhǎng)CdTe納米結(jié)構(gòu)薄 膜的方法，該方法能夠獲得微觀(guān)形貌為納米結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜。 本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)采用了如下的技術(shù)方案一種催化劑輔助真空熱蒸發(fā)法生長(zhǎng)CdTe納米棒的方法，其中，使用鉍金屬 粉末做催化劑，高純CdTe粉末(99.5%)為原料，按CdTe粉末與鉍金屬粉末的 摩爾比范圍為1: 0. 25-1: 0. 01，混合后置于反應(yīng)舟中，作為蒸發(fā)源設(shè)置在真空加 熱爐內(nèi)，將襯底設(shè)置于水平距蒸發(fā)源為4毫米至2厘米，在真空度為2X10—2-2 X10—3Pa，優(yōu)選在2X1(T時(shí)，熱蒸發(fā)沉積1Gmin-15min,在襯底上獲得微觀(guān)形貌 為納米結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜。其中，所述納米結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)度為30-5(^m，直徑為100-300nm的納米線(xiàn)和/長(zhǎng)度為200-500nm，直徑為10-20nm的納米棒和/或主干直徑為300-500線(xiàn)分 枝直徑為40-50nm的具有分枝狀結(jié)構(gòu)的納米棒和/或直徑為20Q-300nm的陣列排 布的納米線(xiàn)。進(jìn)一步地，所述襯底為ITO玻璃、石英玻璃、硅片等。 進(jìn)一步地，所述真空加熱爐為電阻加熱爐，優(yōu)選加熱器為鎳片加熱器的加 熱爐，更優(yōu)選蒸發(fā)源設(shè)置在鎳片加熱器上。本發(fā)明的CdTe納米結(jié)構(gòu)薄膜的方法，操作簡(jiǎn)單易行，無(wú)需載氣，具有沉積面積大、形貌較均勻、適用于多種襯底的特點(diǎn)。


圖1實(shí)施例1產(chǎn)品的XRD圖譜，女表示催化劑Bi的衍射峰。圖2實(shí)施例1產(chǎn)品的掃描電鏡圖片。圖3實(shí)施例2產(chǎn)品的掃描電鏡圖片。圖4實(shí)施例3產(chǎn)品的掃描電鏡圖片。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1采用高純CdTe粉末(99. 5%)為原料，高純金屬鉍粉為催化劑，兩者按lmol : 0.25mol的比例混合后，裝入陶瓷舟中置于鎳片加熱器之上，ITO玻璃為基片置 于距離蒸發(fā)源約4隱處。當(dāng)真空度達(dá)到2X10—3時(shí)，以2A/min的電流增加速率使 電流逐漸增加至70A后，沉積15min。XRD分析結(jié)果表明產(chǎn)品的主相為立方CdTe， 催化劑為六方Bi，如圖l。 SEM觀(guān)察薄膜的表面形貌為長(zhǎng)度為30-5(^m，直徑為 100-3OO腿的納米線(xiàn)，如圖2。 實(shí)施例2采用高純CdTe粉末(99. 5%)為原料，高純金屬鉍粉為催化劑，兩者按lmol :0. 125mo1的比例混合后，裝入陶瓷舟中置于鎳片加熱器之上，IT0玻璃為基片 置于距離蒸發(fā)源約4mm處。當(dāng)真空度達(dá)到2X10—3時(shí)，以2A/min的電流增加速率 使電流逐漸增加至50A后，再以1A/min的電流增加速率使電流逐漸增加至60A， 沉積15min。SEM觀(guān)察薄膜的表面形貌為主干直徑約為500nm，分枝直徑約為50mn 的具有分枝狀結(jié)構(gòu)的納米棒，如圖3。 實(shí)施例3采用高純CdTe粉末(99. 5%)為原料，高純金屬鉍粉為催化劑，兩者按lmo].: 0. 125mol的比例混合后，裝入陶瓷舟中置于鎳片加熱器之上，石英玻璃為基片 置于距離蒸發(fā)源約4mra處。當(dāng)真空度達(dá)到2X10—4時(shí)，以2A/min的電流增加速率 使電流逐漸增加至50A后，再以lA/min的電流增加速率使電流逐漸增加至60A， 沉積15min。 SEM觀(guān)察薄膜的表面形貌為花狀團(tuán)簇，其表面生長(zhǎng)直徑約1G0nm納 米左右的納米棒，如圖4。
權(quán)利要求
1、一種催化劑輔助真空熱蒸發(fā)法生長(zhǎng)CdTe納米棒的方法，其中，使用鉍金屬粉末做催化劑，純度99.5％以上的CdTe粉末為原料，按CdTe粉末與鉍金屬粉末的摩爾比范圍為1∶0.25-1∶0.01，混合后置于反應(yīng)舟中，作為蒸發(fā)源設(shè)置在真空加熱爐內(nèi)，將襯底設(shè)置于水平距蒸發(fā)源為4毫米至2厘米處，在真空度為2×10-2×10-3Pa下熱蒸發(fā)沉積10min-15min，在襯底上獲得微觀(guān)形貌為納米棒的CdTe薄膜。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述真空度為2Xl(T-2X10 3pa。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述納米結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)度為30-50pm， 直徑為100-300nm的納米線(xiàn)和/或長(zhǎng)度為200-500nm，直徑為10-20nm的納米棒 和/或主干直徑為3QQ-500nm，分枝直徑為40-5Qnm的具有分枝狀結(jié)構(gòu)的納米棒 和/或直徑為200-300nm的陣列排布的納米棒。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述襯底為ITO玻璃、石英玻 璃、硅片。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述真空加熱爐為電阻加熱爐。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述電阻加熱爐的加熱器為鎳片加 熱器的加熱爐。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，蒸發(fā)源設(shè)置在所述鎳片加熱器上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種催化劑輔助真空熱蒸發(fā)制備Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體化合物CdTe納米結(jié)構(gòu)的方法。通過(guò)使用金屬Bi粉末做催化劑，以CdTe粉末為原料，在真空度為2×10^-2-2×10^-3Pa的真空環(huán)境下，熱蒸發(fā)原料，在襯底上催化生長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜。該方法操作簡(jiǎn)單易行，無(wú)需載氣，具有沉積面積大、形貌較均勻、適用于多種襯底的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C30B23/00GK101328615SQ20081007286
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者榮 吳, 孫言飛, 飛 尚, 簡(jiǎn)基康, 鄭毓峰 申請(qǐng)人:新疆大學(xué)