[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: 201210452268.X
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN102942207A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 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: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;G03F7/00;G03F7/20;G03F7/30;B82Y30/00
• 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，涉及模板法制備圖案化ZnO納米棒陣列。

?背景技術

ZnO納米棒陣列，是ZnO納米材料體系中研究最為廣泛、最為深入的材料之一。它不僅擁有ZnO納米材料自身的力光電特性，還具備高比表面積、易于低成本大面積生產的優點，因此在納米發電機、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、生物傳感器等多種納米功能器件上得到成功運用，被公認為是具有巨大應用和工程化前景的納米材料。然而，用液相外延法和化學氣相沉積法傳統工藝制得的ZnO納米棒陣列，存在c軸取向不佳、間距過密、粗細不均和長短不一等缺點，不但沒有實現真正意義上的形貌結構精確調控，而且在后續器件構建時，會造成電極接觸不良、電流堵塞、漏電或反向電流大、服役穩定性差等問題，極大限制了各類納米功能器件性能和壽命的提升。

為了妥善解決上述問題，圖案化生長技術應運而生。所謂圖案化，就是借助規則排列的模板，對ZnO納米棒陣列的形貌結構進行限域生長和精確調控。目前，較為常見的ZnO納米棒陣列圖案化生長技術主要包括：光刻、PS球自組裝、電子束曝光和激光干涉。?

（1）光刻：2009年香港科技大學Ning?Wang小組（[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）利用光刻技術先在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小組（[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）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。由于衍射效應的存在，用光刻技術制作的孔洞/點陣模板，直徑很難達到入射波長以下水平，因此所得ZnO納米棒陣列大多成簇狀分布，可控性不太理想。?

（2）PS球自組裝：2004年佐治亞理工學院王中林小組（[3]Xudong?Wang,?Christopher?J.?Summers,?and?Zhong?Lin?Wang,?Nano?Lett.,?Vol.?4,?No.?3,?2004）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小組（[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,?Nano?Lett.,?Vol.?6,?No.?10,?2006）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。該方法對基底表面平整度和親水疏水特性要求較高，PS球大面積連續均勻分布難度較大，又因為采用Au等金屬顆粒作為催化劑來高溫生長，不僅會引入大量缺陷，而且還對襯底有耐高溫的要求。?