本發(fā)明涉及一種cui納米結(jié)構(gòu)的制備方法，屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

cui是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.1ev，激子束縛能高達(dá)約62mev。cui材料在可見光區(qū)具有較高的透過率(80％)。由于cui材料一般存在過剩的碘離子而造成銅空位缺陷，因此表現(xiàn)出p型導(dǎo)電性，且具有較高的空穴遷移率(>40cm²v^-1s^-1)。此外，cui還具有無毒、儲量豐富、成本低廉的優(yōu)點。這些優(yōu)點使得cui材料在太陽能電池、光電探測器、光電學(xué)傳感器、顯示器件及透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。

目前，人們利用多種方法實現(xiàn)了cui薄膜及納米結(jié)構(gòu)的制備，其中包括真空熱蒸發(fā)技術(shù)、磁控濺射、脈沖激光沉積等物理方法。然而這些制備技術(shù)存在真空條件較高、設(shè)備操作復(fù)雜、制備溫度高等缺點。此外，人們還研究了(電)化學(xué)合成、高溫碘化及溶膠凝膠等化學(xué)制備方法來制備cui薄膜或納米結(jié)構(gòu)，這些技術(shù)盡管設(shè)備簡單，但存在反應(yīng)時間長、操作復(fù)雜等缺點。b.a.nejand等人利用一種水熱蒸發(fā)法制備了cui納米結(jié)構(gòu)(materialsletters132(2014)138-140)，這種方法制備溫度較低、反應(yīng)時間短且材料結(jié)晶質(zhì)量較高，但存在材料生長不均勻的缺點，不能滿足大面積器件應(yīng)用需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有cui納米結(jié)構(gòu)制備方法上存在的不足，提供一種cui納米結(jié)構(gòu)的制備方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種cui納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)清洗單晶硅襯底的表面，將其裝入電子束蒸發(fā)裝置的真空生長室中；

2)采用電子束蒸發(fā)法在單晶硅表面生長一層銅薄膜；

3)將步驟2)中所得的硅基銅薄膜懸掛于反應(yīng)釜內(nèi)，水平置于溶液上方，反應(yīng)釜內(nèi)的前驅(qū)溶液為cucl2、聚乙烯吡咯烷酮及ki的混合水溶液；

4)將步驟3)中的反應(yīng)釜密封后置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，于120～200℃條件下水熱反應(yīng)；

5)反應(yīng)完畢后將樣品取出，清洗，吹干。

進(jìn)一步，步驟2)中所述電子束蒸發(fā)法的具體工藝條件為背景真空為5×10^-4～3×10^-3pa,襯底溫度為25～30℃，生長速度為0.15nm/s,所用銅蒸發(fā)源的純度為99.999wt％,所得銅薄膜的厚度為50～500nm。

進(jìn)一步，步驟3)中所述前驅(qū)溶液中cucl2的濃度為0.05～2mol/l,聚乙烯吡咯烷酮的濃度為0.1～1g/l,ki的濃度為0.05～2mol/l。

進(jìn)一步，步驟4)中水熱反應(yīng)的時間為30～180min。

本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明首次利用cu薄膜和水熱合成蒸發(fā)出的碘蒸氣作為反應(yīng)原材料，在低溫高壓條件下制備出大面積均勻的cui納米材料，制備工藝與光電器件制備工藝兼容；

2)本方法制備的cui納米結(jié)構(gòu)大面積均勻、致密，結(jié)晶質(zhì)量高且具有優(yōu)異的光電性能，滿足其在光電器件領(lǐng)域中的應(yīng)用；

3)本發(fā)明的制備方法簡單、反應(yīng)溫度低、反應(yīng)時間短，成本低廉，制備條件均處于密閉空間內(nèi)，減少了碘對環(huán)境的污染，是一種環(huán)境友好型制備方法，適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明水熱反應(yīng)裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例1所得cui納米結(jié)構(gòu)的sem圖；

圖3為本發(fā)明實施例1所得cui納米結(jié)構(gòu)的xrd圖；

圖4為本發(fā)明實施例1所得cui納米結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光譜圖；

具體實施方式

以下結(jié)合實例對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實施例1：

一種cui納米結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

1)單晶硅(100)基片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的rca清洗，去除表面的有機(jī)物、金屬離子雜質(zhì)及灰塵，氮氣吹干后裝入電子束蒸發(fā)裝置的真空生長室；

2)電子束蒸發(fā)法在單晶硅(100)基片的表面生長一層銅薄膜，其具體工藝條件為背景真空為5×10^-4～3×10^-3pa,襯底溫度為25～30℃，生長速度為0.15nm/s,所用銅蒸發(fā)源的純度為99.999wt％,所得銅薄膜的厚度為200nm；

3)將步驟2)所得硅基銅薄膜如圖1所示懸掛于反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜的前驅(qū)體溶液中cucl2的濃度為0.1mol/l,聚乙烯吡咯烷酮的濃度為0.5g/l,ki的濃度為1mol/l，充分混合攪拌，反應(yīng)釜中溶液的總量約占反應(yīng)釜體積的2/3；

4)將反應(yīng)釜密封后置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，于160℃條件下水熱反應(yīng)120min；

5)反應(yīng)完畢后將樣品取出，去離子水清洗，氮氣吹干。

實施例2：

一種cui納米結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

1)單晶硅(100)基片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的rca清洗，去除表面的有機(jī)物、金屬離子雜質(zhì)及灰塵，氮氣吹干后裝入電子束蒸發(fā)裝置的真空生長室；

2)電子束蒸發(fā)法在單晶硅(100)基片的表面生長一層銅薄膜，其具體工藝條件為背景真空為5×10^-4～3×10^-3pa,襯底溫度為25～30℃，生長速度為0.15nm/s,所用銅蒸發(fā)源的純度為99.999wt％,所得銅薄膜的厚度為50nm；

3)將步驟2)所得硅基銅薄膜如圖1所示懸掛于反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜的前驅(qū)體溶液中cucl2的濃度為0.05mol/l,聚乙烯吡咯烷酮的濃度為0.1g/l,ki的濃度為0.05mol/l，充分混合攪拌，反應(yīng)釜中溶液的總量約占反應(yīng)釜體積的2/3；

4)將反應(yīng)釜密封后置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，于120℃條件下水熱反應(yīng)180min；

5)反應(yīng)完畢后將樣品取出，去離子水清洗，氮氣吹干。

實施例3：

一種cui納米結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

1)單晶硅(100)基片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的rca清洗，去除表面的有機(jī)物、金屬離子雜質(zhì)及灰塵，氮氣吹干后裝入電子束蒸發(fā)裝置的真空生長室；

2)電子束蒸發(fā)法在單晶硅(100)基片的表面生長一層銅薄膜，其具體工藝條件為背景真空為5×10^-4～3×10^-3pa,襯底溫度為25～30℃，生長速度為0.15nm/s,所用銅蒸發(fā)源的純度為99.999wt％,所得銅薄膜的厚度為50nm；

3)將步驟2)所得硅基銅薄膜如圖1所示懸掛于反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜的前驅(qū)體溶液中cucl2的濃度為2mol/l,聚乙烯吡咯烷酮的濃度為1g/l,ki的濃度為2mol/l，充分混合攪拌，反應(yīng)釜中溶液的總量約占反應(yīng)釜體積的2/3；

4)將反應(yīng)釜密封后置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，于200℃條件下水熱反應(yīng)30min；

5)反應(yīng)完畢后將樣品取出，去離子水清洗，氮氣吹干。

為了驗證本發(fā)明提供的制備方法的有益效果，我們對實施例1所得的cui納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，如圖2～4所示，從圖2中可以看出，我們所制備的樣品具有均勻致密的片狀結(jié)構(gòu)。利用x射線衍射儀表征了cui納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶質(zhì)量，從圖3中可以看到，所制備的樣品呈現(xiàn)多晶結(jié)構(gòu)，其中220方向為cui的優(yōu)先生長方向。利用325nm的激光作為激發(fā)光源測試了cui納米結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光光譜，從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，cui的光致發(fā)光光譜由410nm的帶邊發(fā)射以及和碘空位缺陷相關(guān)的寬帶光譜(600～800nm)組成。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。