[發明專利]一種制造ZnO納米結構和納米紫外傳感器的方法

有效

• 申請號: 201210229280.4
• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN102730630A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 朱榮;宗仙麗;李德釗
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;G01J1/42
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明涉及納機電技術領域，特別涉及一種制造ZnO納米結構和納米紫外傳感器的方法。

背景技術

納機電系統因其超高頻率、高品質因數、低能耗、高靈敏度等特性而具有非常廣泛的應用前景。納機電系統的關鍵技術之一便是納米結構的局部構造技術。ZnO室溫下禁帶寬度為3.37eV，具有低介電常數、高化學穩定性以及很好的光電和壓電性質，具有廣闊的應用前景，因此，ZnO納米線和ZnO納米棒被廣泛地應用在各類納機電器件中。ZnO納米線和ZnO納米棒的制備有很多種方法，如傳統的CVD（Chemical?Vapor?Deposition）的方法由于需要較高的溫度要求（>600℃），而一般的微機電結構、集成微電子結構或某些基材（如Polymer）在此高溫過程中將會被損壞，因此不利于一些納機電器件的制造；濕化學法（Wet?Chemical?Method）可以在較低的溫度下合成ZnO納米線或ZnO納米棒，低溫法可以采用納米孔模板結合電化學沉積制備出納米線，低溫法還可以采用化學溶劑法，在基板上首先通過濺射或蒸鍍沉積納米材料的種子層，然后在化學溶劑中通過化學反應在種子層上生長出納米線等等。這些低溫生長納米線或納米棒的方法都是通過微納加工技術或處理技術來實現納米線的局部定位，工藝復雜，不易控制，而且大多只能使納米線或納米棒呈縱向排布或薄膜狀，在微結構間橫向構造納米線或納米棒的低溫制備方法還很缺少。目前一種可行的辦法是采用組裝技術，如基于介電泳動力在微電極上組裝納米材料，但組裝的納米材料和基底常常存在接觸問題。ZnO用于紫外傳感器的常規方法是利用ZnO薄膜，但一維ZnO納米線或ZnO納米棒由于具有較高的表面/體積比，且為單晶材料，具有較高的紫外靈敏度。將一維ZnO納米線或ZnO納米棒用于構造納米紫外傳感器已有研究，但大多是采用組裝或CVD方法，加工工藝復雜、可靠性不高。

發明內容

本發明針對上述缺陷公開了一種制造ZnO納米結構和納米紫外傳感器的方法。

一種制造ZnO納米結構的方法包括以下步驟：

11）直接制造底電極；或者采用微機械加工工藝制作微機電結構，然后在微機電結構上制造底電極；

12）在底電極上淀積絕緣層，然后在絕緣層上濺射一層金屬層，對金屬層進行刻蝕形成第一微電極和第二微電極；第一微電極和第二微電極均通過絕緣層與底電極隔開；底電極、絕緣層、第一微電極和第二微電極構成了芯片；

13）在配置的化學溶液中浸沒芯片，浸沒持續的時間為設定的時間，在浸沒時，使配置的化學溶液保持在100°C以下的設定溫度；

采用直流電場控制方法或交流電場控制方法制備ZnO納米結構；

采用直流電場控制方法制備ZnO納米結構的過程如下：在浸沒芯片的同時，在底電極上施加負電壓V2，在第二微電極上施加負電壓V1，將第一微電極接地；浸沒過程結束后，將芯片從配置的化學溶液中取出，對芯片進行清洗，最后將其烘干；此時，在第二微電極構造出了第一ZnO納米結構；

采用交流電場控制方法制備ZnO納米結構的過程如下：在底電極上施加電壓V3，電壓V3的值為0V；在第一微電極和第二微電極之間施加交流電壓VS；浸沒過程結束后，將芯片從配置的化學溶液中取出，對芯片進行清洗，最后將其烘干；此時，在第一微電極和第二微電極之間構造出了第二ZnO納米結構；第一ZnO納米結構和第二ZnO納米結構均為ZnO納米線或ZnO納米棒。

所述底電極為摻雜的單晶硅或者金屬。

所述絕緣層為二氧化硅、氮化硅或聚合物。

所述金屬層為鉻/金層、鈦/金層或鎢/金層。

一種制造納米紫外傳感器的方法包括以下步驟：

21）在步驟13）中，采用交流電場控制方法制備出第二ZnO納米結構，使得第二ZnO納米結構搭接于第一微電極和第二微電極之間；

22）在第二ZnO納米結構上覆蓋一層聚合物；對芯片進行芯片封裝，進而得到納米芯片；

23）將納米芯片接入恒流傳感電路，形成了納米紫外傳感器；恒流傳感電路的結構如下：調控電阻的一端接輸入電壓，另一端分別連接納米芯片和運算放大器的反相輸入端；運算放大器的正相輸入端接地；輸出電壓分別連接納米芯片和運算放大器的輸出端。

所述聚合物為聚二甲基硅氧烷。

所述化學溶液為硝酸鋅和烏洛托品復合水溶液。

本發明的有益效果為：