[发明专利]一种导电氧化物等离激元纳米光学天线及其制备方法

说明书

本发明提供了一种导电氧化物等离激元纳米光学天线的制备方法，其特征在于，包括：对异质外延的半导体材料进行表面处理；将表面处理后的异质外延的半导体材料与混合物水溶液混合，反应，螺位错诱导自组装生长得到AZO纳米柱；所述混合物包括硝酸铝、硝酸锌金属盐和环六亚甲基四胺；将所述AZO纳米柱在退火处理，得到导电氧化物等离激元纳米光学天线。本发明采用导电氧化物纳米柱实现近红外光耦合的等离激元纳米光学天线的方法，提出利用半导体自身螺位错缺陷诱导的水热生长方法在半导体材料表面制备导电氧化物纳米柱作为等离激元纳米光学天线，能够在非红外材料上实现近红外探测、近红外探测波长可调兼顾对异质外延的半导体材料具有缺陷钝化。

技术领域

本发明涉及半导体微纳加工技术领域，尤其是涉及一种导电氧化物等离激元纳米光学天线及其制备方法。

背景技术

金属纳米结构阵列(即所谓的金属等离激元纳米光学天线)与光相互作用所激发的表面等离激元以其优异的光捕获和电磁场聚集增强特性为其在表面等离子体光子学领域开辟了广阔的研究空间，并已广泛应用于提高太阳能电池、光电探测器、发光二极管和光催化等领域的光电转换效率。

最近的研究表明，表面等离激元可以通过非辐射方式衰变为热电子，从金属等离子体纳米结构中逃逸出来，能量高于金属纳米结构与半导体材料形成的肖特基势垒高度的热电子可以注入到半导体材料的导带上形成光电流，从而实现光电探测。这一能量转换的新方案打破了光电探测器以往无法探测或捕获能量低于半导体带隙的光子的限制，为拓展非红外波段光电探测器的红外响应波段开辟了新途径。这种利用热电子实现近红外光电探测的核心是拥有合适的纳米光学天线作为光学耦合平台。

传统使用的金、银、铝、铜等金属等离激元纳米光学天线通过纳米结构设计、尺寸优化来获得能够与近红外波段光耦合的纳米光学天线，但其近红外探测波长可调范围狭小并且共振波长难于调节到1600nm以上的近红外区，而且无法兼顾对异质外延半导体材料的缺陷进行钝化处理。

因此，开发一种新的工艺简单、能够在非红外材料上实现近红外探测、近红外探测波长可调兼顾对异质外延的半导体材料具有缺陷钝化功能等优点的等离激元纳米光学天线是非常必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种导电氧化物等离激元纳米光学天线的制备方法，本发明制备方法工艺简单、具有缺陷钝化功能以及近红外探测波长可调。

本发明提供了一种导电氧化物等离激元纳米光学天线的制备方法，其特征在于，包括：

A)对异质外延的半导体材料进行表面处理；

B)将表面处理后的异质外延的半导体材料与混合物水溶液混合，反应，螺位错诱导自组装生长得到AZO纳米柱；所述混合物包括硝酸铝、硝酸锌金属盐和环六亚甲基四胺；

C)将所述AZO纳米柱在退火处理，得到导电氧化物等离激元纳米光学天线。

优选的，所述异质外延的半导体材料为本征、n型、p型III族氮化物或氧化物半导体材料。

优选的，所述异质外延的半导体材料为GaN、AlGaN、ZnO或Ga₂O₃。

优选的，所述螺位错诱导自组装具体为：利用异质外延半导体材料中的螺位错尖端的轴向螺旋自发产生各向异性的一维材料生长。

优选的，所述螺位错诱导自组装生长得到AZO纳米柱具体为：

将异质外延的半导体材料放入含有金属盐的水溶液中，90～120℃恒温反应1～2小时，25℃常温放置12～24小时。

优选的，所述硝酸锌摩尔浓度为0.001～0.01mol/L；所述硝酸铝和硝酸锌的摩尔比为3％～4％；所述环六亚甲基四胺和水的体积比为3％～5％。