|
半导体材料在我们的生活中有着广泛应用，特别是在电、光及传感等领域。半导体材料，尤其是具有微观结构的半导体阵列一直是学者们研究的热点。具有微观结构的半导体阵列是指能在微米及纳米尺度下形成有序图案的半导体材料，这种材料一般是通过光刻蚀得到的：在光照下，利用光致抗蚀剂将模版上的信息转移到特定的材料上以形成具有图案的半导体阵列。如今，随着技术的发展，一些不需要模版的刻蚀技术逐渐被开发出来。利用这些技术，科学家们通过调整照射光的特性实现对半导体材料结构及表面形貌的调控。例如，通过光-电化学法制备的Se-Te薄膜可以自发地形成高度有序的具有周期性及各向异性的纳米图案，并且材料的取向、各向异性、尺寸及倾斜度都与入射光的偏振角度及波长有关。 近日，加州理工学院的Nathan S. Lewis教授通过光-电化学沉积的方法从水相中制备出了一种PbSe纳米结构。该方法没有使用模版，而是以一系列具有不同偏振和波长的光源为入射光，通过电化学及光化学沉积方法得到具有多重激子效应的PbSe材料。作者发现光的偏振情况直接影响材料的有序性，而光的波长则会改变层状结构的尺寸及周期性。该成果以“Template-Free Synthesis of Periodic Three-Dimensional PbSe Nanostructures via Photoelectrodeposition”为题发表于《美国化学会志》（DOI: 10.1021/jacs.8b02931）。
图1. 有/无光照条件下薄膜材料的SEM及2D FTs图谱（左）；单金属薄膜材料的SEM及2D FTs图谱（右） （图片来源：J. Am. Chem. Soc.） Se-Pb薄膜的制备是在表面附有金的硅基底上进行的，作者采用电化学沉积法，以SeO2、Pb(ClO4)2和HClO4为原料，通过改变光照、溶液组分等条件制备了一系列不同性质的纳米结构。首先，作者探究了原料组成对纳米材料形貌的影响，结果显示：单独以SeO2或Pb(ClO4)2为原料均能形成纳米材料，但是，所制备的纳米材料并不具备特定的形貌（图1，右）。接着，作者探究了光照对材料结构的影响，在无光照条件下，双金属离子形成的纳米材料的形貌与单金属离子的极为类似（图1，左），但在光照条件下，材料的表面形貌便会发生变化：平均波长为626 nm的光照会使PbSe薄膜呈现网状结构（图1，左）。然而通过对扫描电镜结果的二维傅里叶变换（2D FTs）发现其各向异性并不明显。
图2. 垂直偏振光照射的PbSe薄膜的SEM图谱及2D FTs图谱 （图片来源：J. Am. Chem. Soc.） 之后，作者探究了光的偏振情况对材料表面结构的影响，作者用垂直或者水平偏振的光代替无偏振不相干的光进行了相同试验，结果发现在这种条件下制备的薄膜具有各向异性的层状结构（图2a-c），其中薄层的轴向与光的偏振方向相互平行。2D FTs结果不仅进一步证实了这种各向异性的结构（图2d），并且定量地给出了层状结构出现的周期为259±8 nm（图2e）。此外，作者还利用不同波长的偏振光探究了波长对材料形貌的影响。与平均波长为 626 nm的光照类似，528 nm和859 nm的偏振光照射同样使得材料具有了有序的层状结构，但是528 nm的光照产生的层状结构的周期性为212±6 nm，这比626 nm的光照产生的周期性稍小。859 nm的光照产生的周期性（335±16 nm）比626 nm照射的稍大，这说明材料的表面形貌不仅能通过光的偏振进行“粗调”，还可以通过光的波长进行“微调”。 全文作者：Azhar I. Carim, Kathryn R. Hamann, Nicolas A. Batara, Jonathan R. Thompson,Harry A. Atwater, and Nathan S. Lewis 原文来自http://www./news/art?id=21614 看更多新鲜有趣资讯，搜ChemBeanGo！ |
|
|
