本發明(ming)屬于納米(mi)光電器件制備，涉及一種(zhong)納米(mi)錐結構(gou)氮化鎵基光電極制備方法。

背景技術：

1、氮化(hua)(hua)(hua)鎵(jia)(jia)(jia)(jia)作為下一(yi)代光催(cui)化(hua)(hua)(hua)材(cai)料，具有(you)良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)物(wu)理和(he)化(hua)(hua)(hua)學(xue)穩定(ding)性(xing)，這導致(zhi)氮化(hua)(hua)(hua)鎵(jia)(jia)(jia)(jia)基材(cai)料和(he)典型藍寶石襯底對苛刻電(dian)解質的(de)(de)(de)惰(duo)性(xing)，而引起了人們的(de)(de)(de)廣泛關注。最近，大量的(de)(de)(de)研(yan)究集中在(zai)如何解決氮化(hua)(hua)(hua)鎵(jia)(jia)(jia)(jia)光電(dian)極(ji)的(de)(de)(de)強光學(xue)反射和(he)載(zai)流子(zi)壽命的(de)(de)(de)組織問題，以(yi)實(shi)現高效的(de)(de)(de)光催(cui)化(hua)(hua)(hua)。氮化(hua)(hua)(hua)鎵(jia)(jia)(jia)(jia)納米(mi)(mi)錐表面(mian)(mian)納米(mi)(mi)結構(gou)有(you)利于增加(jia)氮化(hua)(hua)(hua)鎵(jia)(jia)(jia)(jia)表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)體積比，導致(zhi)水分解中的(de)(de)(de)活性(xing)表面(mian)(mian)積增加(jia)。目前在(zai)低成本制備(bei)大面(mian)(mian)積氮化(hua)(hua)(hua)鎵(jia)(jia)(jia)(jia)納米(mi)(mi)錐結構(gou)陣(zhen)列方(fang)面(mian)(mian)還沒(mei)有(you)一(yi)個很(hen)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)。

技術實現思路

1、本(ben)發明(ming)(ming)的目(mu)的是針對現有的技(ji)術(shu)存在的上(shang)述問題，提供一種納米錐(zhui)(zhui)結構氮(dan)化鎵(jia)基光電極(ji)制(zhi)備(bei)方法，本(ben)發明(ming)(ming)所要解決(jue)的技(ji)術(shu)問題是如何大面積(ji)、低成本(ben)地制(zhi)備(bei)納米錐(zhui)(zhui)結構氮(dan)化鎵(jia)基光電極(ji)。

2、本發明的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)可(ke)通過下列技術(shu)方案來實現(xian)：一種納(na)(na)(na)米(mi)錐結(jie)構氮(dan)化鎵(jia)基(ji)光電極制備(bei)方法(fa)，其(qi)特征在(zai)于，通過納(na)(na)(na)米(mi)孔(kong)(kong)(kong)掩(yan)模(mo)制備(bei)進(jin)行，所述納(na)(na)(na)米(mi)孔(kong)(kong)(kong)掩(yan)模(mo)制備(bei)包(bao)括如(ru)下步(bu)(bu)驟(zou)：采(cai)用兩步(bu)(bu)氧化法(fa)陽(yang)極氧化鋁(lv)箔以形成(cheng)(cheng)納(na)(na)(na)米(mi)孔(kong)(kong)(kong)陣(zhen)列的(de)(de)(de)多孔(kong)(kong)(kong)氧化鋁(lv)；在(zai)上(shang)述樣(yang)品上(shang)的(de)(de)(de)多孔(kong)(kong)(kong)氧化鋁(lv)表面旋涂溶解(jie)有高分(fen)子聚合(he)物的(de)(de)(de)溶劑，待(dai)凝固后(hou)以形成(cheng)(cheng)保護(hu)和支撐層(ceng)；采(cai)用飽和氯化銅溶液溶解(jie)掉上(shang)述樣(yang)品的(de)(de)(de)鋁(lv)基(ji)底；采(cai)用磷酸溶液對上(shang)述樣(yang)品中的(de)(de)(de)多孔(kong)(kong)(kong)氧化鋁(lv)進(jin)行開孔(kong)(kong)(kong)和加寬孔(kong)(kong)(kong)處理以形成(cheng)(cheng)納(na)(na)(na)米(mi)孔(kong)(kong)(kong)掩(yan)膜(mo)(mo)層(ceng)，最終形成(cheng)(cheng)結(jie)合(he)納(na)(na)(na)米(mi)孔(kong)(kong)(kong)掩(yan)膜(mo)(mo)層(ceng)和支撐層(ceng)的(de)(de)(de)納(na)(na)(na)米(mi)孔(kong)(kong)(kong)掩(yan)模(mo)。

3、進一步地，所述高分子聚合物為但(dan)不限于(yu)聚甲基丙烯酸(suan)甲酯。

4、進一(yi)步地，所述納米孔(kong)掩膜(mo)層的(de)尺(chi)寸可通過調整氧(yang)化、擴(kuo)孔(kong)參(can)數而(er)調整。

5、所述納米孔掩膜轉移包括(kuo)如(ru)下(xia)步驟：將納米孔掩模與氮化鎵外延片(pian)置于(yu)有機溶劑中(zhong)，納米孔掩模中(zhong)的支撐層在部分溶解后(hou)，與多孔氧(yang)化鋁掩膜分離，隨后(hou)在溶液中(zhong)被轉移到氮化鎵外延片(pian)表(biao)面。

6、進一步地，所述氮(dan)化鎵外延片(pian)為(wei)藍寶石(shi)基底上外延氮(dan)化鎵外延層構成。

7、進一步地，所述(shu)有機(ji)溶劑為但不限于丙酮(tong)溶液。

8、所述納米點沉積(ji)包括如下(xia)步(bu)驟：采用電子(zi)束蒸發，透過(guo)多(duo)(duo)孔(kong)氧化(hua)鋁(lv)(lv)掩(yan)膜在氮化(hua)鎵外延片表(biao)面沉積(ji)金屬得到金屬納米點陣列；采用物(wu)理或者化(hua)學(xue)方法去(qu)除外延片表(biao)面的多(duo)(duo)孔(kong)氧化(hua)鋁(lv)(lv)掩(yan)膜。

9、進一步地，所(suo)述(shu)金屬為但不限于金屬鉻。

10、所述(shu)納米錐(zhui)刻蝕包括(kuo)如下步(bu)驟：采用等離(li)子刻蝕技術，以沉積的金屬納米點(dian)陣列為掩模(mo)對氮化鎵(jia)外延片進行刻蝕；采用金屬蝕刻劑溶液去除金屬納米點(dian)掩模(mo)，得到(dao)大(da)面積高(gao)度有序的氮化鎵(jia)納米錐(zhui)陣列基(ji)片。

11、進一(yi)步地，所述(shu)等離(li)子刻蝕為但(dan)不限于感應(ying)耦合等離(li)子刻蝕(icp)和反應(ying)離(li)子刻蝕(rie)。

12、進一(yi)步地，所述(shu)氮化鎵納米錐陣列可通過調整刻蝕參數得到的不同尺寸的納米錐或(huo)截(jie)頂納米錐結構。

13、本發明(ming)的有益(yi)技術效果：

14、1、采(cai)用高(gao)分子聚合物旋涂(tu)在(zai)多孔(kong)氧化鋁(lv)表面(mian)形成保護層和支撐(cheng)層，提(ti)高(gao)了超薄納(na)米掩膜多孔(kong)氧化鋁(lv)的支撐(cheng)性和大面(mian)積(ji)納(na)米膜轉(zhuan)移(yi)效果；

15、2、將上述基片(pian)(pian)與(yu)氮(dan)化(hua)(hua)鎵(jia)外延片(pian)(pian)一同置于(yu)(yu)丙(bing)酮溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)，部分(fen)溶(rong)(rong)解的高分(fen)子(zi)聚合(he)物支撐層與(yu)多孔(kong)氧(yang)化(hua)(hua)鋁膜分(fen)離，隨后在(zai)溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)被轉移至氮(dan)化(hua)(hua)鎵(jia)外延片(pian)(pian)表(biao)面(mian)，整個操作過程在(zai)溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)完成(cheng)。干燥后，由于(yu)(yu)范德華力(li)，多孔(kong)氧(yang)化(hua)(hua)鋁掩(yan)膜與(yu)氮(dan)化(hua)(hua)鎵(jia)外延晶(jing)片(pian)(pian)保持(chi)緊(jin)密接觸，便于(yu)(yu)實現在(zai)大(da)面(mian)積器件上制備納米結構陣列；

16、3、所述的多孔(kong)氧(yang)化(hua)鋁(lv)掩(yan)膜(mo)可通過調整氧(yang)化(hua)、擴孔(kong)參數(shu)得到不(bu)同尺寸的多孔(kong)氧(yang)化(hua)鋁(lv)掩(yan)膜(mo)，以滿足不(bu)同納米光(guang)電器件要求；

17、4、所述(shu)的(de)氮(dan)化(hua)鎵(jia)納(na)(na)米(mi)錐陣列(lie)基片(pian)可通過(guo)調整刻(ke)蝕參數可以得到不同(tong)尺寸(cun)的(de)納(na)(na)米(mi)錐或截頂納(na)(na)米(mi)錐結構，以滿足不同(tong)氮(dan)化(hua)鎵(jia)納(na)(na)米(mi)光電極器件要求；

18、本(ben)(ben)發(fa)明利用人(ren)工低(di)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)獲得的(de)納米(mi)膜做掩模，采(cai)用納米(mi)加工技術，獲得大(da)面(mian)積的(de)均勻納米(mi)錐(zhui)陣列的(de)制(zhi)備(bei)，從而(er)制(zhi)備(bei)氮(dan)化鎵納米(mi)錐(zhui)光電極。該技術的(de)發(fa)現與突(tu)破，將使得大(da)面(mian)積、低(di)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)制(zhi)備(bei)氮(dan)化鎵納米(mi)錐(zhui)光電極成(cheng)(cheng)為(wei)可能(neng)，對推動納米(mi)結(jie)構半(ban)導體器件(jian)的(de)應(ying)用意義重大(da)。

技術特征：

1.一(yi)種納(na)(na)(na)米錐結構氮化(hua)(hua)鎵基(ji)(ji)光(guang)電極制(zhi)備方法，其(qi)特(te)征在于，通過(guo)納(na)(na)(na)米孔(kong)(kong)(kong)掩模制(zhi)備進(jin)行(xing)(xing)，所述(shu)納(na)(na)(na)米孔(kong)(kong)(kong)掩模制(zhi)備包(bao)括如下步(bu)驟(zou)：采用兩步(bu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)法陽極氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)箔(3)以(yi)(yi)形(xing)成納(na)(na)(na)米孔(kong)(kong)(kong)陣列的(de)(de)多(duo)孔(kong)(kong)(kong)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(2)；在上述(shu)樣(yang)品的(de)(de)多(duo)孔(kong)(kong)(kong)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)表面(2)旋(xuan)涂溶(rong)解有高分子(zi)聚(ju)(ju)合物(1)的(de)(de)溶(rong)劑，待凝固后以(yi)(yi)形(xing)成保(bao)護和(he)(he)支撐(cheng)層(ceng)(1)；采用飽和(he)(he)氯化(hua)(hua)銅溶(rong)液溶(rong)解掉上述(shu)樣(yang)品的(de)(de)鋁(lv)基(ji)(ji)底(3)；采用磷(lin)酸溶(rong)液對上述(shu)樣(yang)品中(zhong)的(de)(de)多(duo)孔(kong)(kong)(kong)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁(lv)(2)進(jin)行(xing)(xing)開孔(kong)(kong)(kong)和(he)(he)加寬孔(kong)(kong)(kong)處理(li)以(yi)(yi)形(xing)成納(na)(na)(na)米孔(kong)(kong)(kong)掩膜(mo)層(ceng)(2)，最終形(xing)成結合納(na)(na)(na)米孔(kong)(kong)(kong)掩膜(mo)層(ceng)(2)和(he)(he)支撐(cheng)層(ceng)(1)的(de)(de)納(na)(na)(na)米孔(kong)(kong)(kong)掩模(4)；所述(shu)高分子(zi)聚(ju)(ju)合物(1)為但(dan)不(bu)限于聚(ju)(ju)甲基(ji)(ji)丙烯酸甲酯；所述(shu)納(na)(na)(na)米孔(kong)(kong)(kong)掩膜(mo)層(ceng)(2)的(de)(de)尺寸可通過(guo)調整(zheng)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)、擴孔(kong)(kong)(kong)參數而調整(zheng)。

2.根據權利要(yao)求1所述一種納米(mi)(mi)錐結(jie)構(gou)氮化(hua)(hua)鎵(jia)基光電(dian)極(ji)制備方法(fa)，其特征在于(yu)，所述納米(mi)(mi)孔掩膜轉移包(bao)括如下步驟：將納米(mi)(mi)孔掩模(4)與氮化(hua)(hua)鎵(jia)外(wai)延(yan)片(pian)(pian)(7)置于(yu)有機溶(rong)(rong)(rong)劑中，納米(mi)(mi)孔掩模中的支撐(cheng)層(1)部分(fen)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)后，與多孔氧化(hua)(hua)鋁掩膜(2)分(fen)離，隨后在溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中被(bei)轉移到氮化(hua)(hua)鎵(jia)外(wai)延(yan)片(pian)(pian)(7)表面，所述氮化(hua)(hua)鎵(jia)外(wai)延(yan)片(pian)(pian)(7)為藍寶石(shi)基底(6)上外(wai)延(yan)氮化(hua)(hua)鎵(jia)外(wai)延(yan)層(5)構(gou)成，所述有機溶(rong)(rong)(rong)劑為但不限于(yu)丙酮(tong)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)。

3.根據權(quan)利要求(qiu)1-2所(suo)述(shu)一種納米錐(zhui)結構氮(dan)化(hua)鎵基光(guang)電極制(zhi)備方(fang)法，其(qi)特征在(zai)于(yu)，所(suo)述(shu)納米點沉積包括如下步驟：采用電子束蒸發，透過多孔(kong)氧化(hua)鋁掩膜(2)在(zai)氮(dan)化(hua)鎵外(wai)延片(7)表面沉積金(jin)屬得到金(jin)屬納米點陣列掩模(8)；采用物理(li)或者化(hua)學(xue)方(fang)法去(qu)除外(wai)延片表面的多孔(kong)氧化(hua)鋁掩膜(2)；所(suo)述(shu)金(jin)屬為(wei)但不限于(yu)金(jin)屬鉻。

4.根據權利要求2所述一種納米(mi)(mi)(mi)(mi)錐(zhui)結構(gou)氮化(hua)鎵(jia)(jia)基光電極制備方法，其特征(zheng)在(zai)于，所述納米(mi)(mi)(mi)(mi)錐(zhui)刻(ke)蝕(shi)包括如下(xia)步驟：采用等(deng)離(li)子(zi)(zi)刻(ke)蝕(shi)技術，以沉積(ji)的金(jin)屬納米(mi)(mi)(mi)(mi)點陣列(lie)(8)為掩(yan)模對氮化(hua)鎵(jia)(jia)外延片(7)進行刻(ke)蝕(shi)；采用金(jin)屬蝕(shi)刻(ke)劑溶(rong)液(ye)去除(chu)金(jin)屬納米(mi)(mi)(mi)(mi)點陣列(lie)掩(yan)模(8)，得到大面積(ji)高度有序的氮化(hua)鎵(jia)(jia)納米(mi)(mi)(mi)(mi)錐(zhui)陣列(lie)(9)基片；所述等(deng)離(li)子(zi)(zi)刻(ke)蝕(shi)為但不限于感應(ying)耦合(he)等(deng)離(li)子(zi)(zi)刻(ke)蝕(shi)(icp)和反應(ying)離(li)子(zi)(zi)刻(ke)蝕(shi)(rie)；所述氮化(hua)鎵(jia)(jia)納米(mi)(mi)(mi)(mi)錐(zhui)陣列(lie)結構(gou)可通過調整(zheng)刻(ke)蝕(shi)參數得到的不同尺寸(cun)的納米(mi)(mi)(mi)(mi)錐(zhui)(9)或(huo)截頂納米(mi)(mi)(mi)(mi)錐(zhui)(10)。

技術總結
本發明主要屬于納米光電器件制備領域，具體涉及一種納米錐結構氮化鎵基光電極制備方法。通過人工生成的納米孔陣列膜(含支撐層)制備獲得納米孔掩模；將制備好的納米孔掩模轉移到氮化鎵外延片上得到樣片；采用沉積技術對樣片進行納米點陣列沉積；利用物理或者化學方法去除納米孔掩模；采用刻蝕技術，以沉積的納米點陣列為掩模對樣片刻蝕，去除納米點掩模后得到大面積高度有序的氮化鎵納米錐陣列結構。本發明利用人工低成本獲得的納米孔掩膜，采用納米加工技術，制備大面積的均勻納米錐陣列，從而獲得納米錐結構氮化鎵基光電極。該技術的發現與突破，將使得大面積、低成本制備納米錐結構氮化鎵基光電極成為可能。

技術研發人員：李澤平,王耿,李東京,梅麗紅
受保護的技術使用者：湖北科技學院
技術研發日：
技術公布日：2024/9/9