[发明专利]一种二氧化钒纳米线及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及半导体技术领域，为解决传统二氧化钒纳米线制备工艺生长周期长、效率低、范围小的问题，提供了一种二氧化钒纳米线及其制备方法、应用，所述二氧化钒纳米线由外延生长法制得，所述二氧化钒纳米线同向分布，所述二氧化钒纳米线的长度为3～13μm，直径为0.3～1.2μm，长径比为2.5～43。本发明可以实现在厘米级大小的衬底上均匀外延生长二氧化钒纳米线，具有一定的方向性，并且其长度可以达到微米级；制备方法属于物理气相沉积法，成本低，周期短，效率高，可重复性高。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种大规模外延生长的二氧化钒纳米线及其制备方法、应用。

背景技术

钒是VB族元素，在钒的氧化物中，钒以+2、+3、+4、+5或者混合价态存在。其中二氧化钒(VO2)是一种典型的金属-绝缘相变材料。在临界温度(68℃)附近电阻发生3-5个数量级的可逆变化，同时伴随着光学、磁学性质(反铁磁到顺磁)的转变，这些特点使得二氧化钒在场效应管、传感器、热敏电阻、光信息储存等领域有着广阔的应用前景。常见的几种纳米线的制备方法包括物理气相沉积法、外来金属催化的气液固(VLS)方法等。密集的纳米线阵列可以产生与纳米复合材料中的纳米柱类似的效果，这可以实现体积应变，并且在材料选择上具有更大的灵活性。

虽然传统的物理气相输运法，可以制备出二氧化钒纳米线，但是，这个过程需要二氧化钒粉末作为源，五氧化二钒作为催化剂，以硅为衬底，生长周期长、效率低、范围小，而且生长出的纳米线没有方向性；外来金属催化的气液固方法为了最大限度地减少催化剂对二氧化钒的无意掺杂效应，需要形成过饱和的共晶液，而这个过程是相当困难的另一种低蒸汽压的金属催化剂。

中国专利文献上公开了“A相二氧化钒纳米线的制备方法”，申请公布号为CN103663556A，该发明中表面活性剂的加入使中间相B可以快速的转变为A相二氧化钒，并形成形貌、长径比优异的A相二氧化钒纳米线，所制得的A相二氧化钒纳米线非常纯而且非常稳定，但是，本发明制得的二氧化钒纳米线没有方向性。

基于以上分析，现阶段仍然缺少快捷有效的方法来实现二氧化钒纳米线的大规模具有方向性的外延生长，因此，亟待寻找一种实现大规模可外延生长的方向性的纳米线的制备方法。

发明内容

本发明为了克服传统纳米线没有方向性的问题，提供了一种沿衬底大规模外延生长的二氧化钒纳米线。

本发明为了克服传统二氧化钒纳米线制备工艺生长周期长、效率低、范围小的问题，提供了一种大规模外延生长二氧化钒纳米线的制备方法，该方法属于物理气相沉积法，成本低，周期短，效率高，可重复性高。

本发明还提供了一种二氧化钒纳米线在场效应管、传感器、热敏电阻、光信息储存领域中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种二氧化钒纳米线，所述二氧化钒纳米线由外延生长法制得，所述二氧化钒纳米线同向分布，所述二氧化钒纳米线的长度为3～13μm，直径为0.3～1.2μm，长径比为2.5～43。

本发明的二氧化钒纳米线为一维单斜相二氧化钒纳米线，可以实现在厘米级大小的衬底上均匀外延生长，具有一定的方向性，并且其长度可以达到微米级，密集的纳米线阵列可以产生与纳米复合材料中的纳米柱类似的效果，这可以实现体积应变，并且在材料选择上具有更大的灵活性。

一种二氧化钒纳米线的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗衬底；

(2)将钒源和衬底一并放在加热容器里，然后放入管式炉中，控制炉内的真空度10Pa以下；所述加热容器可以是石英舟、坩埚等耐火材料制得的加热皿；

(3)通入氧氩混合气体，将管式炉进行升温，并保温；

(4)通入纯氩气，先降温，然后保温；