[发明专利]一种大面积纳米阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，特别是涉及一种大面积纳米阵列的制备方法。

背景技术

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或者由它们作为基本单元构成的材料。由于纳米材料的尺寸非常微小，因而呈现出块体材料所不具备的基本效应：如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。其中，纳米结构阵列特别是纳米线阵列就是纳米材料中的一个典型的代表，其在催化行业、医学行业、生物分析、电子工业、传感器等领域都有着重要的应用。因而，如何制备大面积的纳米结构阵列引起了人们的关注。

最近，很多纳米线体系并没有得到商业应用，这是因为其制备成本过高，纳米线合成的尺度大小的可控性也比较差。通常现在纳米线阵列的合成方法有两种，一种是以电化学方法为代表从下向上生长，另一种是利用电子束光刻对材料层进行刻蚀。这些合成系统都很复杂，导致成本过高。

因而，发展一种简单而且可以大面积制备纳米线阵列的方法就显得尤为重要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种大面积纳米阵列的制备方法，用于解决现有技术中纳米体系材料制备成本过高、制备工艺复杂且纳米尺寸可控性差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种大面积纳米阵列的制备方法，所述制备方法至少包括：

提供一衬底，采用低能离子束辐射所述衬底的表面，形成锯齿状纳米结构周期阵列；

采用沉积工艺在所述锯齿状纳米结构周期阵列的一侧沉积材料层，形成纳米结构阵列。

作为本发明大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述衬底为由至少两种化学元素所组成的单晶材料。

作为本发明大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，采用低能离子束正向辐照所述衬底表面，所述衬底的整个待构造表面受到相同条件的离子束辐照。

作为本发明大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述离子束产生的离子动能到50eV到100keV之间。

作为本发明大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，纳米制备离子辐照过程中，所述衬底是由一个接触式加热器和/或由离子束流产生的自加热效应来进行加热。

作为本发明大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述衬底在离子束辐照过程中的加热温度至少要达到材料的再结晶温度。

作为本发明大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述衬底在离子辐照过程中的加热温度最高为到材料表面台阶的Ehrlich-Schwoebel势垒失效温度。

作为本发明大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述沉积工艺为分子束外延或者化学气相沉积工艺，沉积的角度范围为0～90°，沉积的材料层为金属、半导体或者氧化物。

作为本发明大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述材料层的宽度最大不超过锯齿状纳米结构周期阵列的待沉积侧壁的宽度。

作为本发明大面积纳米阵列的制备方法的一种优化的方案，所述纳米阵列为纳米线、纳米管或者纳米颗粒阵列。

如上所述，本发明的大面积纳米阵列的制备方法，包括步骤：首先，提供一衬底，采用低能离子束辐射所述衬底的表面，形成锯齿状纳米结构周期阵列；然后，采用沉积工艺在所述锯齿状纳米结构周期阵列的一侧沉积材料层，形成纳米阵列。本发明制备纳米阵列只需要两步，使传统制备纳米阵列的工艺大大简化。采用本发明的制备方法，可以快捷地得到有序纳米阵列，而不是散乱的纳米线或纳米管等，有利于进一步实现纳米器件的制备。此外，该方法可以在整片衬底上都产生纳米阵列结构，从而实现大面积的纳米阵列结构的制备，降低成本。

附图说明

图1是本发明大面积纳米阵列的制备方法流程图。

图2是本发明大面积纳米阵列的制备方法中低能离子辐照衬底表面的结构示意图。

图3是本发明大面积纳米阵列的制备方法中采用掠入射工艺形成的纳米阵列结构示意图。

图4是本发明大面积纳米阵列的制备方法中低能离子辐照GaAs衬底表面形成高度规则锯齿状纳米结构周期阵列的SEM照片。

图5是本发明大面积纳米阵列的制备方法中低能离子辐照GaAs衬底表面形成高度规则锯齿状纳米结构周期阵列的TEM截面照片。

图6是图5中单个锯齿状结构的TEM放大照片。

图7是本发明制备形成的金纳米线阵列的SEM照片。

图8为本发明制备形成的金纳米线阵列的TEM截面照片。

元件标号说明