[發明專利]一種納米氧化鋅定向陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201310306421.2
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103395823A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 鐘敏
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;B82Y40/00;C23C18/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明屬于納米材料陣列的制備技術領域，具體涉及納米氧化鋅定向陣列的制備方法。

背景技術

ZnO是典型的Ⅱ-Ⅵ族直接寬禁帶半導體材料，在常溫下的禁帶寬度是3.37eV，與GaN相似，激子結合能高達60meV，遠大于ZnSe(22meV)和?GaN(25meV)，同時ZnO在光、電、熱等方面具有特殊的性能，化學穩定性好，材料制備工藝簡單，成本低，是非常有應用潛力的第三代半導體材料。近年來，隨著納米氧化鋅材料研究的深入和發展，氧化鋅納米陣列的制備工藝得到了完善和改進。目前合成氧化鋅納米陣列的方法有很多，如氣相沉積法、溶液法、電化學沉積法、硬模板法、分子束外延法等。這些方法各有優劣，其中氣相沉積法有利于長納米線的制備及元素摻雜生長，缺點是反應溫度較高，陣列可控性差，結晶性差。溶液法包括晶種層制備和前驅液反應，雖然工藝簡單、成本低廉，但是晶種層制備溫度較高，對襯底具有選擇性。電化學沉積法的制備工藝簡單且反應溫度較低，但制備的陣列缺陷較多且多為多晶納米線。硬模板法具有較高的穩定性和良好的空間限域作用，能嚴格地控制陣列的大小和形貌，但是需要復雜的設備，成本較高，硬模板的結構比較單一，陣列的工藝可控性差，難以制備大面積ZnO納米棒陣列。分子束外延法需要復雜的設備，生長陣列成本非常高，不利于ZnO納米棒陣列的大規模制備。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝簡單，成本低，效率高，產品純度高，適合大面積生產的納米氧化鋅定向陣列的制備方法。

本發明的納米氧化鋅定向陣列的制備方法，包括以下步驟：

?(1)將0.1mol/L~0.5mol/L的Zn鹽水溶液和質量濃度1%~1.5%的聚乙烯基吡咯烷酮水溶液按Zn²⁺/聚乙烯基吡咯烷酮摩爾比為2：1～1：2混合，得到混合溶液；

(2)將氨水滴入步驟(1)制備的混合溶液中，調節混合溶液的pH值為10~11，得到聚乙烯基吡咯烷酮-Zn(OH)₂絡合溶液；

(3)將表面極化處理過的拋光潔凈硅（100）襯底水平浸入步驟(2)配置好的聚乙烯基吡咯烷酮-Zn(OH)₂絡合溶液,保溫3h，取出硅片;

(4)將步驟(3)取出的硅片放在剛玉舟上，置于管式爐中，在20ml/min~60ml/min的氧氣流速下，以5℃/min的加熱速率升溫到420℃氧化燒結0.5~1.5h；

(5)硅片自然降溫至室溫后用90℃去離子水反復沖洗，于空氣中晾干，得到納米氧化鋅定向陣列。

本發明步驟（1）中，所說的Zn鹽可以采用Zn(CH₃COO)₂·2H₂O、ZnCl₂或Zn(NO₃)₂。所說的聚乙烯基吡咯烷酮的平均分子量為1000~1300000。

上述的拋光潔凈硅為N型，厚度440μm，電阻率為10^-2~10^-3Ω·cm，晶向為<100>。

本發明采用高分子絡合和低溫氧化燒結反應，以聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）作為高分子自組裝絡合載體，通過調節聚乙烯基吡咯烷酮水溶液的質量濃度、Zn²⁺/PVP摩爾比、聚乙烯基吡咯烷酮-Zn(OH)₂絡合溶液的pH值來構筑高分子軟模板的形態，利用聚合物網絡骨架控制氧化鋅晶體的成核和生長，得到大面積垂直于硅襯底取向生長、粒徑和分布均勻、結晶度高、六方相紅鋅礦結構納米氧化鋅陣列。聚乙烯基吡咯烷酮高分子軟模板形態多樣，工藝可控性好，容易構筑，不需要復雜的設備，成本低，效率高，工藝簡單，制備周期短，適合大面積合成納米氧化鋅陣列。

附圖說明

圖1為納米ZnO陣列的場發射掃描電鏡照片。

圖2為納米ZnO陣列的X射線衍射圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行具體說明。

實施例1

（1）將0.2mol/L的醋酸鋅水溶液和質量濃度1.2%的聚乙烯基吡咯烷酮水溶液按Zn²⁺/PVP摩爾比1:1混合，得到混合溶液；?

（2）將氨水滴入步驟(1)制備的混合溶液中，調節混合溶液的pH值為10.5，得到PVP-Zn(OH)₂絡合溶液；