[發明專利]一種制備圖案化ZnO納米棒陣列的方法

有效

• 申請號: 201210300106.4
• 申請日: 2012-08-21
• 公開（公告）號: CN102789128A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 張躍;陳翔;閆小琴;李欣;馮亞瀛;申衍偉;鄭鑫
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;G03F7/20;G03F7/30
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于納米材料圖案化生長領域，具體涉及模板法制備圖案化ZnO納米棒陣列。?

背景技術

由于特殊的材料和結構特性，ZnO納米棒陣列已成為ZnO納米材料體系中研究最廣泛、最深入的材料之一，是公認的具有巨大應用和工程化前景的納米材料。除了自身的力光電特性外，它還具有高比表面積、低成本大面積制備的優點。因此，ZnO納米棒陣列在許多納米功能器件上得到了成功運用，如納米發電機、力電傳感器、發光二極管、場發射冷陰極、紫外探測器、太陽能電池、電致變色膜以及生物傳感器等。?

然而，以上納米功能器件的性能與實現市場化工業化的標準還存在一定差距，許多器件也只是停留在原理性試驗階段。究其原因，是傳統生長工藝，如液相外延法和化學氣相沉積法，制得的ZnO納米棒陣列還存在許多缺陷，比如c軸取向不佳、間距過密、粗細不均和長短不一等。這些缺陷會在器件搭建中造成電極接觸不良、電流堵塞、漏電或反向電流大、服役穩定性差等諸多問題。此外，傳統方法也不能夠實現真正意義上形貌尺寸的精確調控，從而無法滿足不同器件設計的要求。?

圖案化生長技術可以有效解決上述問題。所謂圖案化生長技術，是通過借助規則排列的模板，對ZnO納米棒陣列的形核位置及尺寸形貌進行限域生長和精確調控，從而使納米棒長短一致，粗細均勻，C軸垂直生長，從而解決器件性能不良的問題。?

目前，較為常見的ZnO納米棒陣列圖案化生長技術主要包括以下四種：?

1．光刻([1]Chun?Cheng,Ming?Lei,Lin?Feng,Tai?Lun?Wong,K.M.Ho,Kwok?Kwong?Fung,Michael?M.T.Loy,Dapeng?Yu,and?Ning?Wang,ACSnano,VOL.3,NO.1,53-58,2009;[2]H.S.Song,W.J.Zhang,C.Cheng,Y.B.Tang,L.B.Luo,X.Chen,C.Y.Luan,X.M.Meng,J.A.Zapien,N.Wang,C.S.Lee,I.Bello,and?S.T.Lee,Crystal?Growth&Design,Vol.11,No.1,2011)：2009年香港科技大學Ning?Wang[1]小組在Si基底上制作光刻膠納米點陣，然后用CVD法將其高溫碳化并作為形核點來生長圖案化的ZnO納米棒陣列；2011年香港城市大學李述湯[2]小組通過光刻和刻蝕，先形成Si微米棒陣列，隨后在微米棒側壁上繼續生長ZnO納米棒陣列。?

2．PS球自組裝([3]Xudong?Wang,Christopher?J.Summers,and?Zhong?Lin?Wang,Nano?Lett.,Vol.4,No.3,2004;[4]D.F.Liu,Y.J.Xiang,X.C.Wu,Z.X.Zhang,L.F.Liu,L.Song,X.W.Zhao,S.D.Luo,W.J.Ma,J.Shen,W.Y.Zhou,G.Wang,C.Y.Wang,and?S.S.Xie,NanoLett.,Vol.6,No.10,2006)：2004年佐治亞理工學院王中林[3]小組，在PS球自助裝膜形成的規則球間隙中，濺射進Au顆粒，隨后用CVD?法定點催化生長ZnO納米棒陣列；2006年中科院物理所解思深[4]小組用刻蝕和退火的方法對模板做了改進，從而實現納米棒單點單根的生長。?

3．電子束曝光([5]Sheng?Xu,Yaguang?Wei,Melanie?Kirkham,Jin?Liu,Wenjie?Mai,Dragomir?Davidovic,Robert?L.Snyder,and?Zhong?Lin?Wang,J.Am.Chem.Soc.2008,130,14958-14959;[6]Robert?Erdelyi,Takahiro?Nagata,David?J.Rogers,Ferechteh?H.Teherani,Zsolt?E.Horvath,Zoltan?Labadi,Zsofia?Baji,Yutaka?Wakayama,and?Janos?Volk,Cryst.Growth?Des.2011,11,2515-2519)：2008年佐治亞理工學院王中林[5]小組用EBL逐點打孔制作了約200μm見方的PMMA孔洞模板，并由此水熱生長了單孔單根的ZnO納米棒陣列；2011年匈牙利技術物理與材料科學研究所Janos?Volk[6]小組結合EBL考察了不同晶種層制備工藝對后續圖案化ZnO納米棒陣列形貌的影響。?