[发明专利]一种制备氮化铝纳米管阵列的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米材料领域，具体涉及一种制备氮化铝纳米管阵列的方法。

背景技术

氮化铝（AlN）是性能优异的III族氮化物宽禁带(6.2eV)半导体材料，AlN在深紫外光电应用领域如军用紫外探测、保密紫外通信、全固态紫外光源等方面具有广泛的应用前景。与其它纳米结构相比，纳米管及其阵列具有许多独特的结构特点，例如有内外两个表面而具有很大的比表面积、奇特的电子输运特性、可填充性、高的光收集效率等，这些诸多优越的性能使得纳米管及其阵列在高效光电转换、光敏器件、气敏、催化、新概念器件例如纳米压电发电、流体二极管，以及在生物、医学等领域的应用引起了广泛而深入的研究。目前已报道的AlN纳米管的制备条件较为苛刻，如气相沉积法需要950℃以上的温度或者是在电弧放电的极端物理条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种在更温和的条件下制备氮化铝纳米管阵列的方法。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种制备氮化铝纳米管阵列的方法，包括如下步骤，

(1)抽真空； 

(2)氨气以及氯化铝于150～200℃蒸发产生的蒸气在载气的作用下混合流过温度为750～850℃的生长衬底表面，混合流过40-60min后，即在生长衬底上得到氮化铝纳米管阵列。

进一步，所述氨气的流量为10-20sccm。

进一步，所述载气的流量为110-120sccm。

进一步，步骤(2)混合流过时，气体的压力为120-200Pa。

进一步，所述载气为氩气。

进一步，所述生长衬底为硅片、不锈钢片、铜网、碳化硅或蓝宝石。

在生长衬底升温之前，以洗气模式通入载气以排除体系中的水蒸气和氧气。

有益效果：与现有气相沉积法生长氮化铝纳米管相比，本发明所述方法的生长温度更低，且无需使用催化剂，在常用的生长衬底均可生长得到氮化铝纳米管阵列，由电镜图及XRD图可以看出，氮化铝纳米管以(002)晶面择优生长，直径约为50-150nm。

附图说明

图1为实施例1生长的氮化铝纳米管阵列的SEM和XRD图。

图2为实施例2生长的氮化铝纳米管阵列的SEM和XRD图。

图3为实施例3生长的氮化铝纳米管阵列的SEM和XRD图。

图4为实施例4生长的氮化铝纳米管阵列的SEM、TEM和XRD图。

图5为实施例5生长的氮化铝纳米管阵列的SEM和XRD图。

图6为实施例6生长的氮化铝纳米管阵列的SEM和XRD图。

图7为本发明的生长装置示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

本发明采用化学气相沉积法在管式炉中生长氮化铝纳米管阵列，生长装置如图7所示。

实施例1

(1)将1m长的石英管套入管式炉中，把清洗好的0.6cm×0.6cm的硅片放在托台上，然后置于石英管中，位于管式炉的中心位置。

(2)把AlCl₃盛放于长约为23cm，内径约为8mm的石英试管中，均匀铺开约8cm范围，然后将石英试管置于石英管中，并处于管式炉进气的一侧，具体位置应根据保温时的温度进行调整。

(3)然后开启机械泵进行抽真空，管内压力达到约2 Pa左右时，以洗气模式通入氩气，排除管内的水蒸气和氧气。

(4)步骤(3)排气后，氩气流量调节至110sccm，管式炉开时升温，当管式炉中心温度达到800℃（此时AlCl₃所处的温度大约为150-200℃）时，以20sccm的流量通入氨气（此时管内气体压力约140 Pa），进行气相反应沉积，氨气通入时间为40分钟。

(5)沉积完成后停止加热，关掉NH₃，继续通氩气直到炉内温度降至室温，关掉氩气，取出硅片，即得到生长在硅片上的氮化铝纳米管阵列，如图1所示。

实施例2

(1)将1m长的石英管套入管式炉中，把清洗好的0.6cm×0.6cm的硅片放在托台上，然后置于石英管中，位于管式炉的中心位置。

(2)把AlCl₃盛放于长约为23cm，内径约为8mm的石英试管中，均匀铺开约8cm范围，然后将石英试管置于石英管中，并处于管式炉进气的一侧，具体位置应根据保温时的温度进行调整。