[发明专利]基于单个极性半导体纳米带光弹簧的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单个极性半导体纳米带光弹簧的制作方法。

背景技术

将纳米带光弹簧应用于微/纳电子机械领域，可望使元器件微型化、智能化，提高微/纳电子机械系统的集成度。一些极性半导体纳米结构在光照下将改变大小或形状，这种在没有直接接触的情况下对机械变形的触发，为能够遥控操作的弹簧带来了希望。微/纳电子技术的飞速发展导致微电子机械系统的出现，而微/纳机械系统的目标是通过系统不断微型化、高集成化来研究具有新原理、新功能的元件和系统。因此探索纳米结构光弹簧在微/纳电子机械以及元器件中的潜在应用具有十分重要的意义。

由于掺镧铁电陶瓷材料有很高的压电系数和光伏效应，导致它的光致应变大。例如：材料化学与物理(Materials Chemistry and Physics 61(1999)36-41)报道，掺镧铁电陶瓷材料的光致应变最大达到0.4％。利用光致应变大的特点可制作出光致动器件，光致动器件与其他电制动器件相比有明显的优势，如无线遥控和抗电磁场辐射强等优点。目前，对光致动器的研究主要分为两个方面：第一，利用该特性人们已经设计并制作出各种新型微结构光致动器件，例如，光致动继电器、光致动步进机、光致动声波器件和光跟踪传感器等(Mechatronics 10(2000)467-487)。另一方面，人们以提高光致动器件的光致应变量和响应速度为目标开展研究，例如：美国专利US5585961公开了提高光致动开关响应速度的一种方案。

低维纳米结构半导体金属氧化物，尤其是一维II-VI族半导体氧化锌、氧化锡和硫化锌纳米结构，其优越的光学、力学、电学和光致伸缩特性使其在电子学、光电子学和微/纳电子机械中具有潜在的应用价值，因而受到广泛的关注。目前，一维II-VI族半导体纳米结构材料的光敏特性、光伏特性、光电特性和光致发光特性的研究和应用已有较多的报道，例如：一维纳米结构氧化锌太阳电池，自然材料(Nature Materials 4(2005)455-459)，场发射，应用物理快报(Applied Physics Letters 90(2007)083107(1-3))，UV探测器，应用物理快报(Applied Physics Letters 90(2004)4556-4558)，表面声波，固体薄膜(Thin solid films 515(2007)8705-8708)。但是，受到低尺度表征技术的限制，低维II-VI族半导体纳米结构光机械性能的测量是困难的，尤其是光致伸缩特性以及由此制作的光弹簧至今还没有报道。

基于单个II-VI族半导体压电纳米带制作的光弹簧有如下优点：第一，与现有掺镧铁电陶瓷材料制作光致动器的最大光致应变相比，光弹簧的最大光致应变量达到2％；第二，纳米结构光弹簧具有体积小、定位精度高，适合于微/纳电子机械系统的技术要求。该类光弹簧可作为微型光致动器、光传感器和光机械开关的核心部分，在高微型化、高集成度的微/纳电子机械系统中具有潜在的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用II-VI族半导体单个压电纳米带的光致伸缩效应，制备一种纳米结构光弹簧，可作为微型光致动器、光传感器和光机械开关的核心部分，实现其在微/纳电子机械系统的广泛应用。

本发明的目的是通过如下方式实现的：一种基于单个极性半导体纳米带光弹簧的制作方法，包括以下步骤：

1)以半导体粉末为原料，采用热蒸发方法制备半导体纳米带絮状物；

2)用挥发性溶液为分散液，将半导体纳米带絮状物溶解在分散液中，并经超声振荡后，使半导体纳米带絮状物分散成单个极性半导体纳米带悬浮在分散液中；

3)将置于空气中形成二氧化硅绝缘层的单晶硅片为衬底；

4)将悬浮单个极性半导体纳米带的分散液滴在衬底上经自然挥发，得到随机分布的单个半导体纳米带；

5)用纳米探针技术，选取平躺在衬底上其垂直方向具有最大的自发极化和压电效应的单个极性半导体纳米带，作为基于单个极性半导体纳米带的光弹簧。

半导体粉末为II-VI族元素半导体粉末。

II-VI族元素半导体粉末为氧化锌、硫化锌和二氧化锡粉末。

挥发性溶液选取丙酮或乙醇。

单个极性半导体纳米带，是具有自发极化和可逆光致伸缩效应的纳米结构，它们可以是量子点、纳米带、纳米线、纳米棒、纳米管、纳米环或纳米薄膜。

本发明的优点在于：基于单个II-VI族半导体压电纳米带制作的光弹簧在光辐照下的光致伸缩大，最大光致应变量达到2％；光弹簧具有定位精度高，适合于微/纳电子机械系统的技术要求。属于纳米高新技术领域。