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一种结构可控碲单质纳米材料的制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2014-08-15
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2014-12-17
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2016-08-24
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2034-08-15
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201410403628.6 申请日 2014-08-15
公开/公告号 CN104152851B 公开/公告日 2016-08-24
授权日 2016-08-24 预估到期日 2034-08-15
申请年 2014年 公开/公告年 2016年
缴费截止日
分类号 C23C14/32C23C14/06C01B19/02B82Y40/00 主分类号 C23C14/32
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 9
权利要求数量 10 非专利引证数量 0
引用专利数量 1 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN103451599A 被引证专利
专利权维持 7 专利申请国编码 CN
专利事件 转让 事务标签 公开、实质审查、授权、权利转移
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 浙江工贸职业技术学院 当前专利权人 浙江珏芯微电子有限公司
发明人 徐临超、关雷、高尧、赵岚、李瑞平、赵飞 第一发明人 徐临超
地址 浙江省温州市府东路717号 邮编 325000
申请人数量 1 发明人数量 6
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省温州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
温州瓯越专利代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
陈加利
摘要
本发明提供一种结构可控碲单质纳米材料的制备方法,采用激光激发,使碲元素从气体氛围内的金属碲化物靶材溅射而出,成为悬浮碲离子,然后在电场力及重力作用下,在与正极相连碲纳米材料沉积靶上,沉积获得碲纳米材料阵列。通过对入射激光能量、电场强度和/或沉积靶温度的控制,实现碲单质纳米材料的阵列形貌控制。本发明克服了当前使用的方法制的碲单质纳米材料阵列单一且不可控的缺点,具有较好的市场推广价值。
  • 摘要附图
    一种结构可控碲单质纳米材料的制备方法
  • 说明书附图:图1
    一种结构可控碲单质纳米材料的制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-01-11 专利权的转移 登记生效日: 2021.12.29 专利权人由浙江工贸职业技术学院变更为浙江珏芯微电子有限公司 地址由325000 浙江省温州市府东路717号变更为323010 浙江省丽水市莲都区秀山路553号
2 2016-08-24 授权
3 2014-12-17 实质审查的生效 IPC(主分类): C23C 14/32 专利申请号: 201410403628.6 申请日: 2014.08.15
4 2014-11-19 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种结构可控碲单质纳米材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)采用激光光源所发出的激光入射金属碲化物靶材,利用激光激发溅射原理,使碲元素从气体氛围内的金属碲化物靶材溅射而出,成为悬浮碲离子;
(2)正极与碲纳米材料沉积靶上,负极与杂质收集靶相连,将碲纳米材料沉积靶和杂质收集靶之间所产生的电场力以及重力作用下,将悬浮碲离子沉积于碲纳米材料沉积靶上,沉积获得碲纳米材料阵列;
通过对所述的步骤(1)和步骤(2)中的入射激光能量、电场强度和/或沉积靶带电量和/或温度的控制,实现碲单质纳米材料的阵列形貌控制。

2.按照权利要求1所述,其特征在于:所述的激光光源为气体、固体、液体激发的脉冲可调的激光光源,且所述的激光光源的能量为10W~1000W。

3.按照权利要求1所述,其特征在于:所述的步骤(1)中激光入射金属碲化物靶材的角度为5~90°,所述的步骤(1)中激光入射激发的时间为1~1000s。

4.按照权利要求1所述,其特征在于:所述的金属碲化物靶材为任意金属碲化物制成的板条或粉末。

5.按照权利要求1所述,其特征在于:所述的步骤(2)中的电场为直流电场,且电场强度范围为:100~1000N/C。

6.按照权利要求1所述,其特征在于:所述的碲纳米材料沉积靶的基片材料为硅片,所述的硅片前处理是经TruMicro7050激光设备进行表面清洗。

7.按照权利要求1所述,其特征在于:所述的步骤(1)和步骤(2)气体氛围为氩气、氦气或其任意比例混合的气体。

8.按照权利要求1所述,其特征在于:还包括金属碲化物靶材前处理步骤,方式如下:
常温条件下,将金属碲化物板或粉末置于无水乙醇中,浸渍5~30min,取出,于60~150℃环境下干燥即可。

9.按照权利要求1所述,其特征在于:碲纳米材料沉积靶的温度可控,其控制范围为:0~
300℃。

10.按照权利要求1所述,其特征在于:碲纳米材料沉积靶及杂质收集靶的带电量通过外加电压进行控制。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于无机纳米材料制备技术领域,特别提供了一种结构可控碲单质纳米材料的制备方法。

背景技术

[0002] 碲是一种重要的窄禁带半导体(直接禁带宽度0.35eV),不但具有良好的电导性、热电性、压电性、偏振性和非线性光学等物理性质,而且在气敏传感方面有较好的应用。由于其晶体结构本身的高各向异性,可无需模板、晶种、表面活性剂的辅助,就可形成一维管状结构,这激发了众多化学合成家的研究兴趣。
[0003] 在近些年中,关于碲的一维管状结构合成方法已有一些报道,如:李亚栋课题组用物理蒸发法在氩气保护下560℃蒸发碲粉末2小时,制备出六边形截面的碲微米管[ J. Mater. Chem., 2004, 14, 244–247];钱逸泰课题组用水热法将亚碲酸钠和氨水放入反应釜中保持~180℃,36小时,制备出两端开口的柱形碲纳米管[Adv. Mater., 2002, 14, 1658-1662];夏幼南课题组用回流多元醇的方法将原碲酸和乙二醇在197℃下回流2h,制备出两端开口中间实心具有六边形截面的碲纳米管[Adv. Mater., 2002, 14, 279-282]。可这些方法大都因操作复杂或反应时间较长或反应温度较高,导致制备成本高难以工业化推广。
[0004] 北京工业大学申请号为:201110385352.X(一种高纯碲纳米粉末的制备方法)的发明,采用惰气保护-直流电弧蒸发,以单质非金属高纯碲块( 纯度为99.999%) 为阳极,金属钨为阴极,在氩气气压为0.05-0.3MPa 的气氛中,反应电流30~50A,阳极与阴极间电压为30~50V,反应时间为20~40min,冷凝制备粒径为20~100nm碲纳米粉末材料,然而由于其对原材料要求较苛刻,难于实现工业化。
[0005] 国家纳米科学中心所申报的中国申请号为201310436069.4的一种具有场发射特性的碲纳米线阵列、以及其制备方法及应用,是通过物理气相沉淀法,以碲为蒸发源,并在硅片上沉积碲纳米线得到所述碲纳米线阵列。通过控制物理气相沉淀过程中碲蒸发源的温度、基底温度和沉积时间,能够获得具有尖锐端口的碲纳米线阵列;具体地,所述碲纳米线阵列的顶端呈圆锥形或圆柱形,或者所述碲纳米线阵列由圆锥形碲纳米线组成。该发明工艺过程中使用高浓度氢氟酸,危害性极大,不能实现环境友好的功能,因此工业推广的价值较低。
[0006] 大连理工大学申请号为201410000512.8的一种制备碲-碲化铅纳米晶组装超晶格纳米线阵列的方法使用脉冲电化学沉积技术,对含有铅和碲元素的电解液进行脉冲电化学沉积,获得Te-PbTe晶体组装超晶格纳米线。由于该方法需要先用阳极氧化法获得多孔阳极氧化铝模板,再溅射蒸镀金膜为电极,较繁琐,不利于大批量生产。
[0007] 综上所述,一般溅射装置的排气系统基本上都用油扩散泵系统,二极溅射的工作压力比较高(通常高于1Pa),在此压力范围内,扩散泵几乎不起作用,主阀处于关闭状态,排气速度小,本底真空和氩气中残留气氛对溅射镀膜影响极大。
[0008] 其次,二极溅射镀膜的沉积速率低,10μm以上的厚膜不宜采用此法镀制。二极溅射速率之所以比较低,是由其放电形式所决定的。二极溅射阴极和阳极间的距离通常在2~6㎝左右,间距过大,沉积速率下降太快。间距过近,二次电子在两极间的运动距离过短,维持放电困难。靶面的热量耗散不出去也是阻碍溅射速率提高的一个原因。二极溅射靶电压高(几千伏),靶电流低,靶的热耗散功率成了提高靶功率的障碍。
[0009] 最后,大量的二次电子直接轰击基片,使基片温度过高是二极溅射又一明显的缺点。这会使基片造成某些性能不可逆变化的辐射损伤。

发明内容

[0010] 本发明的目的是克服现有技术存在的制备过程复杂,影响因素多,制备得到的碲结构单一,不利于产业化的问题,提供一种结构可控激光碲单质纳米材料的制备方法,该激光碲单质纳米材料制备方法,具有制备过程简单,碲纳米材料阵列生长过程可控,且由于激光激发溅射为局部加热生长环境温度可控等优点,从根本上解决上述问题,特别适用于产业化推广。
[0011] 为实现上述目的,本发明的技术方案是包括以下步骤:
[0012] (1)采用激光光源所发出的激光入射金属碲化物靶材,利用激光激发溅射原理,使碲元素从气体氛围内的金属碲化物靶材溅射而出,成为悬浮碲离子;
[0013] (2)正极与碲纳米材料沉积靶上,负极与杂质收集靶相连,将碲纳米材料沉积靶和杂质收集靶之间所产生的电场力以及重力作用下,将悬浮碲离子沉积于碲纳米材料沉积靶上,沉积获得碲纳米材料阵列;
[0014] 通过对所述的步骤(1)和步骤(2中的入射激光能量、电场强度和/或沉积靶带电量和/或温度的控制,实现碲单质纳米材料的阵列形貌控制。
[0015] 进一步设置是所述的激光光源为气体、固体、液体激发的脉冲可调的激光光源,且所述的激光光源的能量为10W~1000W。
[0016] 进一步设置是所述的步骤(1)中激光入射金属碲化物靶材的角度为5~90°,所述的步骤(1)中激光入射激发的时间为1~1000s。
[0017] 进一步设置是所述的金属碲化物靶材为任意金属碲化物制成的板条或粉末。
[0018] 进一步设置是所述的步骤(2)中的电场为直流电场,且电场强度范围为:100~1000N/C。
[0019] 进一步设置是所述的碲纳米材料沉积靶的基片材料为硅片,所述的硅片前处理是经TruMicro7050激光设备进行表面清洗。
[0020] 进一步设置是所述的步骤(1)和步骤(2)气体氛围为氩气、氦气或其任意比例混合的气体。
[0021] 进一步设置还包括金属碲化物靶材前处理步骤,所述的金属碲化物靶材前处理方式如下:
[0022] 常温条件下,将金属碲化物板或粉末置于无水乙醇中,浸渍5~30min,取出,于60~150℃环境下干燥即可。
[0023] 进一步设置是碲纳米材料沉积靶的温度可控,其控制范围为:0~300℃。
[0024] 进一步设置是碲纳米材料沉积靶及杂质收集靶的带电量通过外加电压进行控制。
[0025] 本发明的原理及优点是:
[0026] 碲化物靶材在惰性气体氛围内,经高能激光束冲击,瞬间升华成为碲化物蒸气,在工作室的电场作用下,碲离子向带正电的碲单质纳米沉积靶方向移动,并最终沉积在该靶材上,通过对激光束能量、沉积靶的温度及带电量合理的进行调整,可得到任意阵列结构的碲单质纳米材料。
[0027] 本发明所涉及的碲单质纳米材料制备方法,制备过程简单,由于激光激发溅射为局部加热,通过沉积靶的温度设定,可以进一步提高碲单质纳米材料的纯度,因此对溅射材料的纯度要求相对较低,特别适用于工业化生产。
[0028] 下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。

实施方案

[0030] 下面通过实施例对本发明进行具体的描述,只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限定,该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
[0031] 实施例1
[0032] 碲化物靶材为碲化铜,使用的激光光源为CO2激光器,功率10W,激光入射与靶材的夹角为5°,激发时间为1s,电场强度为100N/C,碲纳米材料沉积靶温度为150℃,通过控制碲纳米材料沉积靶的带电量、角度至适合范围,获得点状碲纳米材料阵列,颗粒度大小1μm。
[0033] 实施例2
[0034] 碲化物靶材为碲化铜,使用的激光光源为CO2激光器,功率50W,激光入射与靶材的夹角为5°,激发时间为10s,电场强度为100N/C,碲纳米材料沉积靶温度为150℃,通过控制碲纳米材料沉积靶的带电量、角度至适合范围,获得条形碲纳米材料阵列,晶粒长度为10μm。
[0035] 实施例3
[0036] 碲化物靶材为碲化铜,使用的激光光源为CO2激光器,功率50W,激光入射与靶材的夹角为45°,激发时间为1000s,电场强度为100N/C,碲纳米材料沉积靶温度为150℃,通过控制碲纳米材料沉积靶的带电量、角度至适合范围,获得六边形阵列结构碲纳米材料。
[0037] 实施例4
[0038] 碲化物靶材为碲化铜,使用的激光光源为CO2激光器,功率500W,激光入射与靶材的夹角为30°,激发时间为100s,电场强度为200N/C,碲纳米材料沉积靶温度为50℃,通过控制碲纳米材料沉积靶的带电量、角度至适合范围,获得针状阵列结构碲纳米材料。
[0039] 实施例5
[0040] 碲化物靶材为碲化铅,使用的激光光源为CO2激光器,功率500W,激光入射与靶材的夹角为60°,激发时间为150s,电场强度为1000N/C,碲纳米材料沉积靶温度为300℃,通过控制碲纳米材料沉积靶的带电量、角度至适合范围,获得球形阵列结构碲纳米材料,晶粒尺寸为50μm。
[0041] 实施例6
[0042] 碲化物靶材为碲化铅,使用的激光光源为CO2激光器,功率500W,激光入射与靶材的夹角为60°,激发时间为150s,电场强度为1000N/C,碲纳米材料沉积靶温度为100℃,通过控制碲纳米材料沉积靶的带电量、角度至适合范围,获得板条阵列结构碲纳米材料。
[0043] 实施例7
[0044] 碲化物靶材为碲化钾,使用的激光光源为CO2激光器,功率500W,激光入射与靶材的夹角为90°,激发时间为150s,电场强度为1000N/C,碲纳米材料沉积靶温度为100℃,通过控制碲纳米材料沉积靶的带电量、角度至适合范围,获得片状阵列结构碲纳米材料。
[0045] 实施例8
[0046] 碲化物靶材为碲化钾,使用的激光光源为CO2激光器,功率50W,激光入射与靶材的夹角为90°,激发时间为150s,电场强度为1000N/C,碲纳米材料沉积靶温度为100℃,通过控制碲纳米材料沉积靶的带电量、角度至适合范围,获得线状阵列结构碲纳米材料。
[0047] 实施例9
[0048] 碲化物靶材为碲化钾,使用的激光光源为CO2激光器,功率200W,激光入射与靶材的夹角为90°,激发时间为150s,电场强度为1000N/C,碲纳米材料沉积靶温度为100℃,通过控制碲纳米材料沉积靶的带电量、角度至适合范围,获得圆锥形阵列结构碲纳米材料。
[0049] 实施例10
[0050] 碲化物靶材为碲化钾,使用的激光光源为CO2激光器,功率1000W,激光入射与靶材的夹角为45°,激发时间为150s,电场强度为1000N/C,碲纳米材料沉积靶温度为300℃,通过控制碲纳米材料沉积靶的带电量、角度至适合范围,获得整晶状阵列结构碲纳米材料。
[0051] 实施例11
[0052] 碲化物靶材为碲化铅,使用的激光光源为CO2激光器,功率500W,激光入射与靶材的夹角为90°,激发时间为700s,电场强度为500N/C,碲纳米材料沉积靶温度为100℃,通过控制碲纳米材料沉积靶的带电量、角度至适合范围,获得圆柱形阵列结构碲纳米材料。

附图说明

[0029] 图1为碲单质纳米材料制备过程示意图。
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