[發明專利]垂直在硅/絕緣層結構襯底上的ZnO納米結構及其制備方法

無效

• 申請號: 200710028474.7
• 申請日: 2007-06-07
• 公開（公告）號: CN101127380A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 李寶軍;陳鈺杰;余丁山
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L31/0392;H01L31/0296;H01L31/18;H01L21/365;C30B29/66;C30B29/16;C30B25/02
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及一種垂直在硅/絕緣層結構(簡稱SOI，Silicon-on-Insulator)襯底上的ZnO(氧化鋅)納米結構及其制備方法，特別是垂直在硅/絕緣層結構(SOI)基片上的二維超薄ZnO六角盤狀納米結構及其制備方法，屬于半導體光電子材料及器件技術領域。

技術背景

ZnO是一種寬禁帶直接帶隙半導體(3.3eV)，并且具有較高的激子束縛能(60meV)，在光電子器件領域具有廣闊的應用前景，因此引起了全世界范圍內的廣泛關注。當前，人們利用溶液法、熱蒸發法、模板限制輔助生長法、分子束外延法、脈沖激光沉積法、化學氣相沉積法等，已經制備出多種不同的ZnO納米結構，其中包括具有線狀、花狀、環狀、帶狀、柱狀、塔狀、籠狀、梳狀等形貌特征的ZnO納米結構。在這些納米結構中，ZnO納米盤作為結構單元，可以廣泛應用于納米激光器、傳感器等納米光電子器件。但是，迄今為止關于超薄型的ZnO納米盤的報道太少，而將超薄型的ZnO納米盤集成生長在具有優越電子學性能的硅/絕緣層結構(簡稱SOI，Silicon-on-Insulator)基片上更是未見有報導；但由于其獨特的結構特性和優良的光學性能，超薄ZnO納米盤的潛在價值已經被人們所發現，正在成為光電子納米材料中研究的一個熱門領域。

發明內容

本發明的目的是提供一種使用硅/絕緣層結構(SOI)基片作為襯底，將具有優良光電性能的ZnO納米結構引入到硅/絕緣層結構(SOI)襯底上的垂直在硅/絕緣層結構襯底上的ZnO納米結構。本發明有利于實現高度集成的SOI基的光電子器件。

本發明的另外一個目的在于提供一種易于操作；對載氣要求不高，并且不需要使用金屬催化劑，能保證較高的晶體質量的垂直在硅/絕緣層結構襯底上的ZnO納米結構的制備方法。

本發明采用以下技術方案：本發明垂直在硅/絕緣層結構襯底上的ZnO納米結構，其是在硅/絕緣層結構襯底表面垂直生長有呈六邊形結構的ZnO納米盤。

上述呈六邊形結構的ZnO納米盤均是六方纖鋅礦結構的單晶。

上述呈六邊形結構的ZnO納米盤為厚度相對于對角線長度小得多的超薄結構，其厚度和對角線長度分別介于10～20nm和0.8～3μm。

本發明垂直在硅/絕緣層結構襯底上的ZnO納米結構的制備方法，具體工藝步驟如下：

a)將硅/絕緣層結構基片依次用丙酮和無水乙醇超聲清洗，然后將清洗干凈的硅/絕緣層結構基片烘干備用；

b)將鋅粉置于瓷舟內，然后在鋅粉的正上方倒置一片干凈的硅/絕緣層結構基片作為襯底，用來收集反應生成物；

c)將裝有鋅粉的瓷舟置于一根瓷管的中間位置，然后將瓷管放入加熱電爐內，瓷管位于加熱電阻絲的正上方；

d)將加熱電爐以40～80℃/min的升溫速率加熱，并通入氬氣流作為載氣；

e)當溫度達到800℃～900℃時、停止升溫，保持瓷舟內溫度在800℃～900℃、持續50～70分鐘，在此過程中氬氣流量保持不變。然后關掉加熱電源，讓瓷舟自然冷卻到室溫，取出瓷舟；在SOI基片表面得到的白色產物就是ZnO盤狀納米結構。

上述步驟b)中采用純度為99％以上的鋅粉作為原材料。

上述步驟d)中氬氣流的流量控制在8cm³/min～12cm³/min。

本發明垂直在硅/絕緣層結構(SOI)襯底上的ZnO納米結構，使用硅/絕緣層結構(SOI)基片作為襯底，將具有優良光電性能的ZnO納米結構引入到硅/絕緣層結構(SOI)襯底上，有利于實現高度集成的SOI基的光電子器件。本發明垂直在硅/絕緣層結構襯底上的ZnO納米結構的制備方法，采用化學氣相沉積法制備，所用設備簡單，易于操作；對載氣要求不高，只需要氬氣就可以，不需要加氧氣(利用瓷管內殘余氧氣來同蒸發的鋅蒸氣進行反應生成氧化鋅)等另外的氣體；并且不需要使用金屬催化劑，能保證較高的晶體質量。

附圖說明

圖1為本發明采用的發應裝置示意圖。

圖2為本發明所制備出的垂直于硅/絕緣層結構(SOI)襯底上的超薄ZnO六角盤狀納米結構場發射掃描電鏡(FESEM)圖片。

圖3為本發明所制備的垂直于硅/絕緣層結構(SOI)襯底上的超薄ZnO六角盤狀納米結構的X-射線衍射(XRD)譜圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1：