[發(fā)明專利]一種制備ZnO納米柵欄的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410718583.1
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN104505343A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王亮;陸文強;宋金會;馮雙龍;王鳳麗;李振湖
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號: H01L21/308
• 分類號: H01L21/308;C23C18/44;C23C16/40;C23C28/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所31219
• 代理人: 李強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備ZnO納米半導(dǎo)體材料的方法，尤其涉及一種制備ZnO納米柵欄的方法。

背景技術(shù)

氧化鋅(ZnO)作為一種具有優(yōu)良壓電、光電特性的半導(dǎo)體材料,它擁有優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性,相對于Si、GaN等半導(dǎo)體材料來說它又具有大的禁帶寬度(Eg＝3.37eV)以及高的激子束縛能(60meV),一維ZnO納米結(jié)構(gòu)具有獨特的形貌和優(yōu)異性能，已經(jīng)被制成多種一維納米結(jié)構(gòu)，比如納米棒、納米線、納米管、納米帶、納米梳、納米彈簧、納米弓和納米推進(jìn)器等廣泛的應(yīng)用在納米發(fā)電機、納米激光器、LED、傳感器、太陽能電池等新型納米器件和系統(tǒng)。由第三代半導(dǎo)體材料ZnO和GaN組成的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件表現(xiàn)出極大的應(yīng)用價值，高質(zhì)量的p、i、n型的GaN外延層已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。由于ZnO納米線的制備方法不同導(dǎo)致結(jié)構(gòu)具有多樣性，而ZnO納米線的形貌對ZnO納米器件的性能有很大影響，因此對ZnO一維納米線生長和排布的控制對其應(yīng)用研究顯得非常重要。

現(xiàn)有技術(shù)對ZnO納米線柵欄的制備通常首先采用光刻方法在襯底刻出相應(yīng)的圖案，然后鍍上金催化劑膜，去除光刻膠后，襯底上留下柵欄形催化劑圖案，然后再以高溫CVD法生長ZnO納米線，由此可生成的ZnO納米線柵欄。其缺點是光刻膠被金膜覆蓋，去膜困難，受光刻技術(shù)限制柵欄尺寸難以做得更小。Wang,X.D等報道采用催化劑制備納米線柵欄的方法，該法以單層密排聚苯乙烯微球(PS)作掩膜，蒸鍍金到襯底，形成蜂巢狀金催化劑，然后再以高溫CVD法生長ZnO納米線，可生成六角形的納米線柵欄。該法六角形圖案尺寸由PS球大小控制，邊長典型值約0.5μm(Large-sca?le?hexagona?l-patterned?growth?of?a?l?igned?ZnO?nanorods?for?nano-optoe?lectron?ics?and?nanosensor?arrays.Nano?Letters,2004.4(3):p.423-426)。該文獻(xiàn)采用單層密排聚苯乙烯微球(PS)取代光刻膠作掩膜，技術(shù)相對復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種制備ZnO納米柵欄的方法，包括如下步驟：(1)GaN襯底光刻；(2)襯底涂覆金催化劑反應(yīng)溶液；(3)加熱襯底，溶液收縮；(4)金從溶液中被還原出來，呈閉合環(huán)形分布；(5)用CVD法由催化劑誘導(dǎo)生長ZnO納米線柵欄。

本發(fā)明更進(jìn)一步的方法包括：首先在GaN襯底上光刻出一定樣式，然后涂覆HAuCl₄與還原劑混合水溶液，加熱襯底，待溶劑完全揮發(fā)，洗去光刻膠；將處理過的襯底放入真空管式爐中，采用用高溫化學(xué)氣相沉積方法(CVD)，在高溫管式真空爐中間放置盛有化學(xué)反應(yīng)物的舟，化學(xué)反應(yīng)物包括氧化鋅粉和石墨粉，其氣流下游位置放置襯底，然后用機械泵把真空管式爐抽真空，把真空管加熱到800-1200℃，然后通入載氣，控制壓強到30-400毫巴，生長時間根據(jù)所需納米線長度設(shè)定，然后讓真空管式爐自然降溫，在GaN襯底上即可制備出的氧化鋅納米線柵欄。

上述技術(shù)方案中，還原劑選自EG(乙二醇)、乙醇、乙醛或檸檬酸等還原性有機小分子中的一種或多種。不同還原劑在反應(yīng)中價態(tài)變化不一樣，因此配比不是固定的，得根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式確定。HAuCl₄與還原劑比例當(dāng)小于化學(xué)配比，即保持還原劑過量狀態(tài)。

上述任意技術(shù)方案中，加熱襯底的溫度為80-100℃；襯底放置于盛有化學(xué)反應(yīng)物的舟的氣流下游0-10cm范圍。

上述任意技術(shù)方案中，氧化鋅粉和石墨粉的質(zhì)量比為1:1-9:4；還可引入S、Co、Ni、P等摻雜元素。

上述任意技術(shù)方案中，載氣包括工作氣體和氧氣；工作氣體選自氮氣，氬氣或氦氣。載氣中氧氣分壓為1-2％。

在GaN襯底上光刻出一定樣式可采用通常光刻步驟：1，襯底清洗；2，旋涂光刻膠；4，前烘；5，曝光(掩膜板提供光刻圖案)；6，顯影；7，后烘。