專利名稱：一種無模板輔助生長立方相碲化鍺納米線陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碲化鍺納米線陣列的方法，具體涉及一種無模板輔助生長立方相碲化鍺納米線陣列的方法，屬于電子功能材料與器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
相變存儲(chǔ)器(PCM)主要是利用某些材料在特定的電流脈沖之下會(huì)具有快速且可逆的相變化效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致材料在某些特性上的穩(wěn)定改變來達(dá)到存儲(chǔ)效果，此外其最終的狀態(tài)并不會(huì)隨著外加能量的消失而改變，因此具有非揮發(fā)性的特點(diǎn)。PCM技術(shù)憑借其在讀取速度、可靠度、非破壞性讀取、非揮發(fā)性、尺寸微小化以及成本方面的優(yōu)勢，已被公認(rèn)為最有潛力取代傳統(tǒng)的DRAM技術(shù)及Flash閃存技術(shù)成為主流的存儲(chǔ)器技術(shù)之一。目前在相變存儲(chǔ)器中使用的材料主要是二元(或三元)硫系合金化合物，如=GeTe[Yu D. , Wu J.， Gu Q. and Park H. , J. Am. Chem. Soc. 2006,128 (25), 8148-8149. ], Sb2Te3 [Meister S.， Peng H. , McIlwrath K. , Jarausch K. , Zhang X. F. and Cui Y. , Nano Lett. 2006,6 (7), 1514-1517. ]，In2Se3[Sun X. , Yu B. , Ng G.，NguyenT. D. and Meyyappan M.，App 1. Phys. Lett. 2006,89 (23), 233121-3.]及 Ge2Sb2Te5 [Lee S. -H.，Jung Y. and Agarwal R.，Nat. Nanotechnol. 2007，2 (10)，6^-630.]。但由于PCM技術(shù)依賴于電流的熱效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)相變材料在晶態(tài)與非晶態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化，因此在大規(guī)模集成工藝中各個(gè)相變存儲(chǔ)單元(PCM cell)之間的交叉?zhèn)鳠岈F(xiàn)象非常明顯，這會(huì)降低相變存儲(chǔ)器件的整體穩(wěn)定性。解決的途徑之一就是進(jìn)一步降低單個(gè)相變存儲(chǔ)單元的操作功耗。這就要求進(jìn)一步減小每個(gè)相變單元的體積。而一維納米結(jié)構(gòu)具有很高的比表面積，材料的熔點(diǎn)一般會(huì)下降30%左右，這對(duì)于降低相變材料的操作功耗是非常有利的。因此制備一維納米相變材料可以在提高存儲(chǔ)密度的同時(shí)降低單個(gè)PCM cell功耗，在大規(guī)模集成工藝中具有很好的應(yīng)用前景。目前制備一維納米相變材料的通用方法是采用氣相輸運(yùn)金催化生長的方法，即氣液固(vapor-liquid-solid)生長方法。2008年，Jin Seok Lee等人采用該方法制備了直徑在IOOnm左右的Sb2I^3納米線并在線外成功包覆了一層厚約50nm的GeTe層從而形成了核殼結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)[Jin Seok Lee, Sarah Brittman, Dong Yu, and Hongkun Park, J. AM. CHEM. SOC. 2008，130，6252-6258. ] ；Hee-Suk Chung 等人發(fā)現(xiàn)了 GeiTe 納米線在 GeiTe 微晶上的有序生長現(xiàn)象[Hee-SukChung, Yeonwoong Jung, Seul Cham Kim, Do Hyun Kim, Kyu Hwan Oh and Ritesh Agarwa1,Nano Lett. 2009，9(6)，2395-2401. ] ；2009 年，Soon-Won Jung 系統(tǒng)研究了 GeTe納米線的生長條件，初步實(shí)現(xiàn)了 GeTe —維納米結(jié)構(gòu)在長度和直徑上的可控 [Soon-ffon Jung, Sung-Min Yoon, Young-Sam Park, Seung-Yun Lee and Byong-Gon Yu, Journal of the Kroean Physcal Society，2009，54 (3)，653-659.]。到目前為止，已有大量的關(guān)于采用氣相輸運(yùn)金催化生長二元或三元硫系化合物一維結(jié)構(gòu)的研究報(bào)道。但一維納米線陣列的生長尚未見報(bào)道
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用氣相輸運(yùn)金催化的方法生長一維GeTe納米線陣列，其形貌較均勻且生長條件基本可控。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在通用的氣相輸運(yùn)中采用襯底逐步降溫的方法可有效地獲得形貌均一，直徑在50nm左右的立方相GeTe納米線陣列。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種無模板輔助生長立方相碲化鍺O^eTe)納米線陣列的方法，包括如下步驟1)在Si基片上濺射一層Au薄膜；2)在水平管式爐的爐管中部放置蒸發(fā)源，將水平管式爐抽真空后，充入載氣使?fàn)t管內(nèi)維持內(nèi)壓為1200-1400Pa ；3)將步驟1)中制備的濺射有Au薄膜的Si基片放置在水平管式爐的爐管中蒸發(fā)源的下風(fēng)向處，并對(duì)水平管式爐中部的蒸發(fā)源進(jìn)行加熱至400 550°C ；然后對(duì)所述濺射有 Au薄膜的Si基片以0. 2-0. 60C /min進(jìn)行降溫，降溫時(shí)間為30 120min ；4)降溫時(shí)間結(jié)束后，繼續(xù)通載氣自然降溫。優(yōu)選的，步驟1)中，充入載氣使?fàn)t管內(nèi)維持內(nèi)壓為13001^。步驟1)中，所述Au薄膜可采用直流濺射法獲得，優(yōu)選濺射電流為20mA，濺射時(shí)間為18 180s。所獲得的Au薄膜的厚度為1. 5 15nm ；優(yōu)選為1. 5nm。步驟幻中，所述蒸發(fā)源為GeTe合金粉。所述GeTe合金粉中，Ge和Te的摩爾比為 1 1。步驟2~)中，所述水平管式爐中部放置的蒸發(fā)源的質(zhì)量為0. 01 0. 025g，優(yōu)選為 0. 02g。步驟2)中，所述水平管式爐抽真空至120 150Pa。步驟3)中，所述濺有Au薄膜的Si基片放置在水平管式爐的爐管中蒸發(fā)源的下風(fēng)向且距爐體邊緣為3. 5 6cm處，優(yōu)選為4cm處。步驟幻中，優(yōu)選對(duì)水平管式爐中部進(jìn)行加熱至495 505 °C。步驟幻中，對(duì)所述濺射有Au薄膜的Si基片優(yōu)選以0. 3-0. 6°C /min進(jìn)行降溫，最優(yōu)選為以0. 3 0C /min進(jìn)行降溫。步驟3)中，當(dāng)爐中部管溫升至400-550°C時(shí)，控制濺有Au薄膜的Si基片的溫度為 305-420°C，優(yōu)選為 305-315°C，最優(yōu)選為 310°C。步驟3)中，所述降溫時(shí)間優(yōu)選為60-120min。步驟幻及步驟4)中，所述載氣為氬氣，優(yōu)選為高純氬氣。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明利用氣相輸運(yùn)金催化，采用襯底降溫的方法制備了形貌均勻的一維GeTe納米線陣列。該方法簡單可行，成本低廉，并且可以在一維GeTe納米線陣列中包裹其他元素與合金化合物(如Sb，Sb2Te3等)，可有效地實(shí)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)陣列。


圖1在氣相輸運(yùn)過程中優(yōu)選襯底溫度的襯底降溫曲線。圖2GeTe納米線陣列的場發(fā)射電鏡照片。圖3GeTe納米線陣列的透射電鏡照片，插入圖為高分辨透射電鏡照片。圖4GeTe納米線的元素分析(催化劑與納米線交界區(qū)域，Ge原子與Te原子數(shù)比為 0.7 1)。圖5為本發(fā)明所使用的水平管式爐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為實(shí)施例2所制備的GeTe納米線陣列的場發(fā)射電鏡照片。圖7為實(shí)施例3所制備的GeTe納米線陣列的場發(fā)射電鏡照片。
具體實(shí)施例方式圖5為本發(fā)明所使用的水平管式爐的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1為爐體，2為爐管，3為蒸發(fā)源，4為濺射有Au薄膜的Si基片，箭頭方向代表載氣流動(dòng)方向。下列各實(shí)施例及對(duì)比例中所采用的爐體型號(hào)為ZFI2-3-12，上海祖發(fā)科技生產(chǎn)。實(shí)施例1 氣相輸運(yùn)金催化一維GeTe納米線陣列的制備(1)采用直流濺射在經(jīng)過超聲清洗的Si基片上濺射一層厚度為1. 5nm的Au薄膜； 濺射電流為20mA，濺射時(shí)間為18s ；(2)在水平管式爐中部放置蒸發(fā)源純度為99. 999%的GeTe粉末(Ge和Te的摩爾比為1 1)，質(zhì)量為0.02g，將水平管式爐抽至壓力位150Pa，充入載氣高純氬氣，氣流量為 100ml/min，充入載氣后爐管內(nèi)壓為13001 ；(3)將步驟(1)中制備的濺射有Au薄膜的Si基片放置在水平管式爐的爐管中蒸發(fā)源的下風(fēng)向且距爐體邊緣為4cm處，并對(duì)水平管式爐中部的蒸發(fā)源進(jìn)行加熱至500°C ；(4)在步驟(3)中，當(dāng)爐中部管溫升至500°C時(shí)，此時(shí)控制基片處的溫度約為 310°C，然后對(duì)基片以0. 30C /min進(jìn)行降溫，降溫時(shí)間為120min ；(5)保溫時(shí)間結(jié)束后，繼續(xù)通載氣，利用機(jī)械泵維持爐管內(nèi)壓力為130 的真空度，進(jìn)行自然降溫，獲得一維GeTe納米線陣列。所制備的一維GeTe納米線陣列的場發(fā)射掃描電鏡照片如圖2所示，其透射電鏡照片與元素分析如圖3、4所示。由元素分析可知，所獲得的一維GeTe納米線陣列中，Ge原子與Te原子數(shù)比為0.7 1。實(shí)施例2 氣相輸運(yùn)金催化一維GeTe納米線陣列的制備(1)采用直流濺射在經(jīng)過超聲清洗的Si基片上濺射一層厚度為15nm的Au薄膜； 濺射電流為20mA，濺射時(shí)間為180s ；(2)在水平管式爐中部放置蒸發(fā)源純度為99. 999%的GeTe粉末(Ge和Te的摩爾比為1 1)，質(zhì)量為0.02g，將水平管式爐抽至壓力位120Pa，充入載氣高純氬氣，氣流量為 100ml/min，充入載氣后爐管內(nèi)壓為12001 ；(3)將步驟(1)中制備的濺射有Au薄膜的Si基片放置在水平管式爐的爐管中蒸發(fā)源的下風(fēng)向且距爐體邊緣為6cm處，并對(duì)水平管式爐中部的蒸發(fā)源進(jìn)行加熱至500°C ；(4)在步驟(3)中，當(dāng)爐中部管溫升至500°C時(shí)，此時(shí)控制基片處的溫度約為 418°C，然后對(duì)基片以0. 60C /min進(jìn)行降溫，降溫時(shí)間為60min ；(5)保溫時(shí)間結(jié)束后，繼續(xù)通載氣，利用機(jī)械泵維持爐管內(nèi)壓力為110 的真空度，進(jìn)行自然降溫，獲得一維GeTe納米線陣列。所制備的一維GeTe納米線陣列的場發(fā)射掃描電鏡照片如圖6所示。實(shí)施例3 氣相輸運(yùn)金催化一維GeTe納米線陣列的制備(1)采用直流濺射在經(jīng)過超聲清洗的Si基片上濺射一層厚度為1. 5nm的Au薄膜；濺射電流為20mA，濺射時(shí)間為180s ；(2)在水平管式爐中部放置蒸發(fā)源純度為99. 999%的GeTe粉末(Ge和Te的摩爾比為1 1)，質(zhì)量為0.02g，將水平管式爐抽至壓力位150Pa，充入載氣高純氬氣，氣流量為 100ml/min，充入載氣后爐管內(nèi)壓為13001 ；(3)將步驟(1)中制備的濺射有Au薄膜的Si基片放置在水平管式爐的爐管中蒸發(fā)源的下風(fēng)向且距爐體邊緣為3. 5cm處，并對(duì)水平管式爐中部的蒸發(fā)源進(jìn)行加熱至500°C ；(4)在步驟(3)中，當(dāng)爐中部管溫升至500°C時(shí)，此時(shí)控制基片處的溫度約為 305°C，然后對(duì)基片以0. 2V /min進(jìn)行降溫，降溫時(shí)間為120min ；(5)保溫時(shí)間結(jié)束后，繼續(xù)通載氣，利用機(jī)械泵維持爐管內(nèi)壓力為130Pa的真空度，進(jìn)行自然降溫，獲得一維GeTe納米線陣列。所制備的一維GeTe納米線陣列的場發(fā)射掃描電鏡照片如圖7所示。
權(quán)利要求
1.一種無模板輔助生長立方相碲化鍺納米線陣列的方法，包括如下步驟1)在Si基片上濺射一層Au薄膜；2)在水平管式爐的爐管中部放置蒸發(fā)源，將水平管式爐抽真空后，充入載氣使?fàn)t管內(nèi)維持內(nèi)壓為1200-1400Pa ；3)將步驟1)中制備的濺射有Au薄膜的Si基片放置在水平管式爐的爐管中蒸發(fā)源的下風(fēng)向處，并對(duì)水平管式爐中部的蒸發(fā)源進(jìn)行加熱至400 550°C ；然后對(duì)所述濺射有Au薄膜的Si基片以0. 2-0. 60C /min進(jìn)行降溫，降溫時(shí)間為30 120min ；4)降溫時(shí)間結(jié)束后，繼續(xù)通載氣自然降溫。
2.如權(quán)利要求1所述的無模板輔助生長立方相碲化鍺納米線陣列的方法，其特征在于，步驟1)中，所述Au薄膜的厚度為1. 5 15nm。
3.如權(quán)利要求1所述的無模板輔助生長立方相碲化鍺納米線陣列的方法，其特征在于，步驟幻中，所述蒸發(fā)源為GeTe合金粉。
4.如權(quán)利要求1所述的無模板輔助生長立方相碲化鍺納米線陣列的方法，其特征在于，步驟2)中，所述水平管式爐抽真空至120 150Pa。
5.如權(quán)利要求1所述的無模板輔助生長立方相碲化鍺納米線陣列的方法，其特征在于，步驟3)中，所述濺有Au薄膜的Si基片放置在水平管式爐的爐管中蒸發(fā)源的下風(fēng)向且距爐體邊緣為3. 5 6cm處。
6.如權(quán)利要求1所述的無模板輔助生長立方相碲化鍺納米線陣列的方法，其特征在于，步驟3)中，當(dāng)爐中部管溫升至400-550°C時(shí)，控制濺有Au薄膜的Si基片的溫度為 305-420 O。
7.如權(quán)利要求1所述的無模板輔助生長立方相碲化鍺納米線陣列的方法，其特征在于，步驟幻及步驟4)中，所述載氣為氬氣。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無模板輔助生長立方相碲化鍺(GeTe)納米線陣列的方法，包括如下步驟(1)在Si基片上濺射一層Au薄膜；(2)在水平管式爐中部放置蒸發(fā)源，將水平管式爐抽至一定真空度后，充入載氣使?fàn)t管內(nèi)維持一定的內(nèi)壓；(3)將步驟(1)中制備的濺射有Au薄膜的Si基片放置在水平管式爐下風(fēng)向處，并對(duì)水平管式爐中部進(jìn)行加熱至預(yù)定溫度；(4)在步驟(3)中，當(dāng)爐中部管溫升至預(yù)定溫度后，進(jìn)行一定時(shí)間的降溫；(5)降溫時(shí)間結(jié)束后，利用機(jī)械泵維持一定的真空度，進(jìn)行自然降溫。該方法簡單可行，成本低廉，可有效地實(shí)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)陣列。
文檔編號(hào)C01B19/04GK102275881SQ201110202239
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者尚飛, 沈波, 翟繼衛(wèi) 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)