[發(fā)明專利]一種氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310400110.2
• 申請(qǐng)日: 2013-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN104418380A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀蒙;張俊濤;李建業(yè)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): C01G9/02
• 分類號(hào): C01G9/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇;劉國(guó)平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納米材料制備領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

氧化鋅是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體，其帶隙寬度達(dá)到3.37電子伏（eV），激子束縛能高達(dá)60毫電子伏（meV）。此外，氧化鋅還具有顯著的壓電效應(yīng)和良好的生物相容性。氧化鋅能夠形成形貌非常豐富的納米結(jié)構(gòu)，這些納米材料還表現(xiàn)出體相氧化鋅材料所不具有的獨(dú)特性能，如量子限域效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)等，引起了人們的廣泛關(guān)注，在紫外光探測(cè)器、激光器、納米發(fā)電機(jī)、熱電轉(zhuǎn)換、生物醫(yī)用、透明導(dǎo)電薄膜等領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景。

氧化鋅納米線陣列是一種重要的納米結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠湟痪S納米線結(jié)構(gòu)可以作為激光器的天然光學(xué)諧振腔；其陣列結(jié)構(gòu)可以有效的散射入射光，增加光吸收；其一維結(jié)構(gòu)還可以作為優(yōu)良的載流子遷移軌道，減少載流子復(fù)合；其巨大的比表面積可以有效增加其作為傳感器時(shí)的靈敏度等。

因而近十年來人們對(duì)氧化鋅納米線陣列的制備及應(yīng)用研究的興趣與日俱增。

目前氧化鋅納米線陣列已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域，如激光器、納米發(fā)電機(jī)、紫外光探測(cè)、發(fā)光二極管、太陽能電池等，得到了廣泛應(yīng)用。

目前采用化學(xué)氣相沉積法制備氧化鋅納米線陣列中普遍使用藍(lán)寶石、氮化鎵、氮化鋁或氮化鋁鎵等作為基底，這些基底一是本身都非常昂貴，二是氧化鋅納米線和基底的界面處會(huì)由于晶格失配導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷的產(chǎn)生，對(duì)光電性能產(chǎn)生不利的影響；另外，生長(zhǎng)在藍(lán)寶石、氮化鎵等基底上的氧化鋅納米線陣列與基底材料無法脫離開來，有時(shí)會(huì)對(duì)基于氧化鋅納米線陣列的器件與其它光電子器件的集成造成一定的困擾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)制備氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)的缺陷，提供一種氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)的制備方法。

本發(fā)明提供了一種氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括以下步驟：

（1）將氧化鋅、石墨粉和第一摻雜劑的混合物經(jīng)過研磨后置于管式爐中的石英管中，并向該石英管中通入惰性氣體和氧氣的混合氣體，進(jìn)行第一次化學(xué)氣相沉積，在石英管內(nèi)生長(zhǎng)出的摻雜的氧化鋅微米帶；

（2）將石英管內(nèi)的摻雜的氧化鋅微米帶轉(zhuǎn)移到硅片上，并將鋅粉和第二摻雜劑的混合物經(jīng)過研磨后置于所述摻雜的氧化鋅微米帶的上游處，然后一起放入管式爐的石英管中，并向該石英管中通入惰性氣體和氧氣的混合氣體，進(jìn)行第二次化學(xué)氣相沉積。

在本發(fā)明中，首先利用化學(xué)氣相沉積方法，以氧化鋅、石墨粉和摻雜劑的混合物作為反應(yīng)原料，先生長(zhǎng)出摻雜的氧化鋅微米帶，然后，再以所獲得的摻雜的氧化鋅微米帶作為基底，以鋅粉和摻雜劑的混合物作為反應(yīng)原料，依然采用化學(xué)氣相沉積方法，從而在摻雜的氧化鋅微米帶上獲得摻雜的氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明獲得的氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)價(jià)格便宜，降低了制作成本，同時(shí)避免了由于氧化鋅納米線和基底材料之間晶格失配導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)缺陷，進(jìn)而提高了氧化鋅納米線陣列的光電性能；另外，根據(jù)本發(fā)明制備的氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)不依附于基底材料，便于轉(zhuǎn)移，在光電器件制備和集成工藝中具有一定的優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為本發(fā)明所用的化學(xué)氣相沉積裝置的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的一種氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖片，其中，納米線陣列垂直于微米帶的側(cè)面生長(zhǎng)；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的一種氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖片，其中，納米線陣列與微米帶側(cè)面呈一定的角度生長(zhǎng)；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中制備的一種氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖片，其中，納米線陣列垂直于微米帶的側(cè)面生長(zhǎng)；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中制備的一種氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖片，其中，納米線陣列與微米帶側(cè)面呈一定的角度生長(zhǎng)；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例3中制備的一種氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖片，其中，納米線陣列垂直于微米帶的側(cè)面生長(zhǎng)；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例3中制備的一種氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖片，其中，納米線陣列與微米帶側(cè)面呈一定的角度生長(zhǎng)；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例3中制備的氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)的X射線粉末衍射（XRD）譜圖；

圖9和圖10為對(duì)比例1制備的氧化鋅納米線陣列結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖片；