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1、第57卷第3期2008年3月物理学报Vol.57,No.3,March,200810003290200857(03)195105ACTAPHYSICASINICA2008Chin.Phys.Soc.纳米球刻蚀法制备的二维有序的CdS纳米阵列*及其光学性质的研究1)1)1)1)1)孙萍徐岭赵伟明李卫徐骏1)2)1)1)马忠元吴良才黄信凡陈坤基1)(南京大学物理系,固体微结构国家重点实验室,南京210093)2)(上海微系统和技术信息研究所,上海200050)(2007年7月2日收到;2007年8月2日收到修改稿)采用纳米球刻
2、蚀(nanospherelithography)技术,以自组装的聚苯乙烯纳米小球(polystyrene,PS小球)的单层膜为掩模,制备出二维有序的CdS纳米阵列.利用扫描电子显微镜(SEM)对样品结构进行了表征,用紫外可见分光光度计对样品光学性质进行了分析.结果表明:制备的二维CdS纳米阵列是高度有序的,且与作为掩模的纳米小球的原始尺寸及排布结构一致;禁带宽度为260eV,相对于体材料的242eV,向短波长蓝移了018eV,表现出CdS材料在纳米结构点阵中的量子尺寸效应;CdS纳米阵列在长波段透光性较好,短波段透光性几乎为零,表现出良好的光透选择性.关键词:纳米
3、球刻蚀,二维CdS纳米有序阵列PACC:8116,8116D,8115,7865种途径,即颗粒的自组织排列和刻蚀技术,前者只能1引言形成小尺度的规则排列,且无法实现颗粒间隔、周期等参数的控制;而刻蚀法,原则上可以实现大尺度当半导体材料的尺寸达到纳米量级时,将具有(宏观尺寸)的规则排列,并能控制颗粒间距,但现[2]许多奇特的物理性质,表现出既有别于相应体材料行的标准刻蚀法,如光刻蚀,由于受衍射极限分辨[2,3]又不同于单个分子的性质.在众多半导体材料中,硫率的限制,难以用于制造纳米结构;电子束、X射[4][5]化镉(CdS)是一种典型的直接带隙半导体,具有优线及STM等刻
4、蚀技术,设备复杂,成本昂贵,效[1]异的光电转换特性.CdS纳米化以后,量子尺寸效率低,对于大面积制备纳米颗粒阵列体系还存在困应使CdS能级改变、能隙变宽,吸收和发射光谱向短难.近年来,国际上采用了一种新的刻蚀方法来制备波方面移动;表面效应将引起CdS纳米微粒表面原二维有序阵列,即纳米球刻蚀法(又称为自然刻蚀子输运和构型的变化,同时也引起表面电子自旋构法、二维胶体晶体刻蚀法),它是以纳米球形成的纳象和电子能谱的变化,这对其光学、电学及非线性光米有序阵列为掩模,在其上沉积所需的元素,去掉掩学性质等具有重要的影响.但随着材料粒径的减小,模后就可以得到排列有序的颗粒阵列.表面能
5、增加,颗粒也越容易团聚,掩盖了许多优良的本文报道了采用纳米球刻蚀法制备二维CdS纳性质.如果将尺寸相同的纳米颗粒按一定的方式规米有序阵列的方法及其光学性质的研究.首先我们则地排列在二维平面上,形成有序的纳米颗粒二维在衬底上自组装PS小球的单层膜,以此为掩模,用阵列体系,则这类纳米材料的性质就可以很好地表化学水浴法淀积CdS纳米晶薄膜,最后去除PS(在现出来.有机溶剂中超声),即可得到高度有序的二维CdS纳一般说来制备这种有序纳米颗粒二维阵列有两米阵列;用SEM对样品结构进行了表征,用紫外*国家自然科学基金(批准号:10574069,60508009)和国家重点基础研究发
6、展计划(批准号:2007CB935400和2007CB613401)资助的课题.通讯联系人.Email:okxuling@gmail.com1952物理学报57卷可见分光光度计对样品进行了光学性质的研究.这种纳米球刻蚀法结合了自上而下(topdown)3实验结果和讨论和自下而上(bottomup)两种制备纳米结构的途径的优势,可以制备线度在10100nm的纳米结构,图1是在玻璃衬底表面制备的单层PS纳米球具有操作简单、成本低廉、制作面积大、重复性好等膜的SEM照片,左上角的插图是相应的傅里叶转换特点;并可通过调节纳米球的尺寸以及空间排布方(FF
7、T)衍射图像.从SEM图像中可以看到PS纳米球式(如六角密堆或四方结构)来控制纳米结构的周直径为220nm左右,完全呈现单层排布,且排列成[6]期、间隔等参数;可应用于单光子发射器件和滤光有序、致密的六方点阵,密度高、均匀性好.左上角清器件等,并在一些具有特殊功能的纳米器件方面具晰的傅里叶转换衍射斑点也表明:PS小球排布呈现有潜在的应用价值.较完美的、无缺陷的六方点阵的有序结构.2实验[7]首先是模板的合成,实验中,采用李卫等人报道的自组装法制备有序排列的PS纳米球的单层膜.PS纳米球购自Duke公司,浓度为10wt.%,粒
