[發明專利]一種增強太赫茲波的ZnO納米陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201710408066.8
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107287568B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 沈韜;李繼強;朱艷;孫淑紅
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08;C23C14/58;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發明涉及一種增強太赫茲波的ZnO納米陣列的制備方法，屬于納米材料制備領域。本發明以負載于硅片的單層PS小球為模板，采用直流磁控濺射的方式將ZnO沉積在單層PS小球模板上得到ZnO鑲嵌于PS小球模板的結合物，經退火處理得到ZnO納米量子點，而后通過水熱方法生長制備增強太赫茲波的ZnO納米陣列；本發明方法對設備要求低，工藝簡單；制備的ZnO納米陣列的陣列結構整齊，提高太赫茲波的激發強度與探測靈敏度；本發明方法為制備納米陣列結構提供了新的思路，在薄膜太陽能電池、氣體傳感器、生物傳感器等領域也具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種增強太赫茲波的ZnO納米陣列的制備方法，屬于納米材料制備領域。

背景技術

太赫茲( Terahertz，THz)輻射是對一個特定波段的電磁輻射的統稱。它在電磁波譜中位于微波和紅外輻射之間，一般所謂的太赫茲波段，其頻率范圍為0.1～10THz。自然界中擁有大量的太赫茲輻射源，但是在20世紀80年代中期之前，由于缺乏太赫茲波段高效率的發射源和靈敏的探測器，這一波段的電磁輻射并未得到深入研究，只有極少量的技術和應用，因此，太赫茲波段成為寬廣的電磁波譜中一段不為人熟悉的“空白”，被稱為電磁波譜的“太赫茲空隙”。近20年來，超快光電子技術和低尺度半導體技術的發展為太赫茲波段提供了合適的光源和探測手段，太赫茲科學和技術才得以快速發展。

氧化鋅（ZnO）作為一種重要的Ⅱ-Ⅳ族直接帶隙寬禁帶半導體材料。室溫下能帶帶隙為3.37eV，激子束縛能高達60meV，能有效工作于室溫及更高溫度。而當其尺寸達到納米數量級時，與普通ZnO相比，納米ZnO展現出許多優異和特殊的性能，如壓電性能、近紫外發射、透明導電性、生物安全性和適應性等，使得其在壓電材料、紫外光探測器、場效應管、表面聲波、太陽能電池、氣體傳感器、生物傳感器等領域擁有廣闊的應用前景。基于ZnO納米材料本身的良好性能，用ZnO納米材料必然會對太赫茲波有一定的響應，而其響應的關鍵就是其納米結構陣列的整齊程度，

對于ZnO 陣列薄膜的制備通常采用氧化鋁（AAO）模板來制備，但這種方法需要預先制備出高質量的多孔陣列氧化鋁模板，而且還需要很好的模板轉移技術，制備過程對操作者的基本技能要求較高。也有人通過電化學沉積的方式制備ZnO陣列薄膜，如專利201310016812.0通過電沉積的方式在多層PS小球模板上制備分級結構多孔陣列ZnO 薄膜，但是其工藝復雜，得到的陣列結構非常不整齊。也有通過磁控濺射的方法制備ZnO納米線，如專利201010609908.4中，通過在襯底上濺射沉積一層金屬膜，然后通過化學方法生長ZnO納米線，然而生長出的納米線方向不可控制，生長并不均勻，同樣有陣列結構不整齊的問題。

發明內容

本發明針對現有技術存在的問題，提供一種增強太赫茲波的ZnO納米陣列的制備方法，本發明方法工藝簡單，制得的ZnO納米陣列具有陣列結構整齊，方向可控，結構尺寸可控，增強太赫茲波的特點。

一種增強太赫茲波的ZnO納米陣列的制備方法，具體步驟如下：

（1）前處理：將硅片進行單面拋光，在硅片的拋光面組裝單層PS小球模板，干燥2~6h得到負載于硅片的單層PS小球模板，具體方法為：

將清洗后的硅片拋光面向上放置在盛有稀硫酸的培養皿中，取5~10μL粒徑為500nm的PS小球水溶液沿培養皿滴入稀硫酸中，以便在液體表面形成單層PS小球；慢慢將培養皿中的液體抽出，使單層PS小球沉積于硅片上，將硅片置于室溫干燥2~6h，隨后置于溫度為110℃的鼓風干燥箱中干燥10min得到負載于硅片的單層PS小球模板；

（2）直流濺射：室溫條件下，以步驟（1）所制負載于硅片的單層PS小球模板為襯底，采用直流磁控濺射法將ZnO沉積到該單層PS小球模板上；

（3）后退火：將步驟（2）所得產品進行退火處理，得到ZnO納米量子點；