[發(fā)明專利]一種在氧化鋅鋁導(dǎo)電薄膜上生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010150281.0
• 申請(qǐng)日: 2010-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101824613A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 闕文修;張進(jìn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C20/08
• 分類號(hào): C23C20/08;C01G9/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種納米結(jié)構(gòu)陣列自組裝生長(zhǎng)的方法，具體涉及一種在氧化鋅鋁導(dǎo)電薄 膜上生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列的方法。

背景技術(shù)

氧化鋅是一種典型的寬禁帶直接帶隙n型半導(dǎo)體，其應(yīng)用范圍甚廣。同時(shí)它也是一 種無(wú)毒無(wú)污染的環(huán)保型材料。原料豐富，成本低廉。有關(guān)研究可以追溯到二十世紀(jì)六十年 代。最早吸引研究者興趣的是氧化鋅薄膜的壓電性能。隨后，由于太陽(yáng)能電池和平面顯示工 業(yè)的發(fā)展，氧化鋅薄膜的透明導(dǎo)電性引起了極大的興趣。氧化鋅薄膜優(yōu)良的壓電性能和可見(jiàn) 光區(qū)域高透射率使其在近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)一直是許多研究者關(guān)注的目標(biāo)。近年來(lái)，由于光電材 料領(lǐng)域研究非常活躍，氧化鋅薄膜的光電性能也引起了廣泛的興趣。

摻鋁離子的氧化鋅薄膜，即氧化鋅鋁薄膜作為一種透明導(dǎo)電氧化物薄膜，具有與ITO 薄膜可比擬的電學(xué)和光學(xué)特性，而且具有儲(chǔ)量豐富、易于制造、成本較低、無(wú)毒、熱穩(wěn)定性 好等優(yōu)點(diǎn)，因而氧化鋅鋁薄膜越來(lái)越受到重視。

由于氧化鋅納米線具有良好的結(jié)晶狀態(tài)和較高的電子遷移率，成為氧化鋅半導(dǎo)體電 極微觀結(jié)構(gòu)的最佳選擇。氧化鋅納米線陣列的制備方法主要包括基于氣-液-固(VLS)機(jī)制的 催化反應(yīng)生長(zhǎng)法、模板法、激光輔助化學(xué)氣相淀積法、金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積法 (MOCVD)、金屬有機(jī)氣相外延生長(zhǎng)法(MOVPE)以及濕化學(xué)法、兩步化學(xué)溶液法等等。由于 氧化鋅在不同方向的快速生長(zhǎng)以及極性表面的誘導(dǎo)作用使得它具有沿極化方向有著各向異性 生長(zhǎng)的特點(diǎn)，因而自組織方法也是制備氧化鋅納米線陣列的一種重要途徑。

采用氧化鋅鋁薄膜充當(dāng)籽晶層來(lái)自組裝生長(zhǎng)氧化鋅納米線，可將兩者的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié) 合，運(yùn)用于紫外發(fā)光和壓電傳感等方面，尤其是在太陽(yáng)能光伏器件方面具有很廣泛的應(yīng)用前 景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的內(nèi)容在于提供一種生長(zhǎng)氧化鋅鋁透明導(dǎo)電薄膜上的氧化鋅納米線陣列的制 備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的制備方法為： 1)將二水合醋酸鋅、單乙醇氨和去離子水按1∶1∶0.5的摩爾比溶解于乙二醇甲醚中制成 二水合醋酸鋅的濃度為0.1～1mol/L的混合溶液； 2)再將相對(duì)于鋅離子濃度1～2％摩爾量的六水合氯化鋁溶解于步驟1)的混合溶液中作為 鋁離子摻雜； 3)將摻雜鋁離子后的溶液密封后放入恒溫水浴鍋中，恒溫60℃磁力攪拌得到透明均勻的溶 膠； 4)利用旋轉(zhuǎn)涂層工藝在轉(zhuǎn)速為2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘將上述得到的溶膠沉積在清洗干凈的ITO 玻璃片上，再將旋涂后的基片放入200-275℃干燥箱中烘烤使溶劑能充分揮發(fā)，最后將基片 放入退火爐中，350-500℃退火0.5-2小時(shí)得到氧化鋅鋁籽晶層； 5)將六水合硝酸鋅和氫氧化鈉溶于水中制成生長(zhǎng)液，生長(zhǎng)液中六水合硝酸鋅的濃度為0.02- 0.04mol/L，氫氧化鈉的濃度為0.4-0.8mol/L； 6)將鍍有氧化鋅鋁籽晶層的基片置于倒有生長(zhǎng)液的水熱反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后在80- 180℃溫度下處理1-3小時(shí)，得到生長(zhǎng)在氧化鋅鋁籽晶層上的氧化鋅納米線陣列。

本發(fā)明采用溶膠-凝膠技術(shù)結(jié)合水熱自組裝生長(zhǎng)技術(shù)，具有合成成本低、工藝要求簡(jiǎn) 單、而且重復(fù)性好和可大規(guī)模制造等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提出的是在氧化鋅鋁薄膜上水熱生長(zhǎng)氧化 鋅納米線陣列，通過(guò)在氧化鋅溶膠中摻雜鋁離子來(lái)提高薄膜的導(dǎo)電性能，并在其上生長(zhǎng)氧 化鋅納米線陣列，將兩者的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，在太陽(yáng)能光伏器件方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1和圖2生長(zhǎng)在氧化鋅鋁籽晶層上氧化鋅納米線陣列的掃描電子顯微鏡圖； 圖3不同溫度下在不同摻雜濃度的籽晶層上生長(zhǎng)氧化鋅納米線的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)圖； 圖4生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列后樣品紫外受激發(fā)光強(qiáng)度圖，其中橫坐標(biāo)為入射光波長(zhǎng)，縱坐標(biāo) 為強(qiáng)度。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。