[發明專利]一種金屬氧化物微納結構、其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011309049.7
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112271238B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 熊偉;王瑩琛;徐一諾;喻克望;龍婧;焦玢璋;劉耘呈;范旭浩;高輝;鄧磊敏
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032;H01L31/08
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 彭翠;方放

本發明屬于微納材料合成及器件制備技術領域，更具體地，涉及一種金屬氧化物微納結構、其制備方法和應用。本發明通過將金屬氧化物前驅體溶膠凝膠與醇類有機改性劑混合后涂覆于襯底表面，采用飛秒激光對前驅體溶膠凝膠薄膜進行直寫，利用飛秒激光光焦點處產生的熱量使金屬氧化物前驅體發生反應生成金屬氧化物，同時在襯底表面形成金屬氧化物微納結構；由于在溶膠凝膠中添加有醇類有機改性劑，該有機改性劑經實驗證明能夠顯著改善得到的金屬氧化物微納結構形貌，使得納米顆粒連續均勻，優選實施例中制備得到的紫外微納光電探測器開關比相較于未添加醇類有機改性劑時的開關比提高了64倍。

技術領域

本發明屬于微納材料合成及組裝和器件制備技術領域，更具體地，涉及一種金屬氧化物微納結構、其制備方法和應用。

背景技術

近年來，隨著物理、化學等基礎學科和半導體微電子技術的發展，人類對于微納米尺度世界的探索取得了前所未有的突破，微納光電探測器在軍事通訊、導彈預警、災害天氣預報、生物醫學檢測方面有巨大的應用。而在光電探測器的活性材料中，金屬氧化物以優異的性能、低廉的成本成為光電探測器優選的材料。但是目前基于金屬氧化物的光電探測器還缺乏靈活加工的手段以及簡單方便的制備流程。

傳統的金屬氧化物納米材料的制備工藝通常有化學氣相沉積、水熱合成法、分子束外延法。這些方法通常需要在真空環境、高溫條件下進行生長，且不能靈活地制備任意圖案，得到的金屬氧化物產物往往是一個薄膜，如果想得到尺寸在微納米量級的金屬氧化物產物線，并且可以靈活生成需求的圖案，就要配合掩膜版、光刻等多個步驟，繁瑣且容易引入雜質。

為在襯底上進行金屬氧化物的靈活制造，可利用超快激光的熱作用直接誘導金屬氧化物的合成，而在利用激光技術合成金屬氧化物材料時，產物的納米顆粒連接性往往不好，形貌不連續，導致基于此方法制備出的金屬氧化物微納光電探測器的性能低下。

Sukjoon等人利用激光分解醋酸鋅形成氧化鋅種子層，再利用水熱合成的方法在襯底上生成圖案化的氧化鋅納米線。Junyeob等人利用激光產生的熱量誘導前驅體，在襯底上特定位置生成氧化鋅納米線。Fujii等人在ITO襯底上利用微泡法可以實現氧化鋅納米顆粒的組裝。這些方法都可以實現金屬氧化物的圖案化合成，但由于需要熱作用，必須在襯底上蒸鍍金屬或利用特定襯底來聚集熱量，導致后續制作微納器件時極其困難。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種能夠改善金屬氧化物激光直寫微納結構形貌、進而改善該金屬氧化物微納結構應用性能的激光直寫制備方法，旨在解決現有技術激光直寫金屬氧化物微納結構產物的納米顆粒連接性不好，形貌不連續，導致基于該形貌的金屬氧化物微納光電探測器性能低下的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種金屬氧化物微納結構的制備方法，包含如下步驟：

(1)采用溶膠凝膠法制備得到金屬氧化物前驅體溶膠凝膠；

(2)向步驟(1)得到的金屬氧化物前驅體溶膠凝膠中加入醇類有機改性劑，混合均勻得到改性的前驅體溶膠凝膠；

(3)將步驟(2)獲得的改性的前驅體溶膠凝膠涂覆在襯底上，得到金屬氧化物前驅體溶膠凝膠薄膜；

(4)采用飛秒激光對所述前驅體溶膠凝膠薄膜進行直寫，利用飛秒激光光焦點處產生的熱量使金屬氧化物前驅體發生反應生成金屬氧化物，同時在襯底表面形成金屬氧化物微納結構。

優選地，步驟(1)將金屬氧化物前驅體、溶劑以及穩定劑混合，采用溶膠凝膠法制備得到金屬氧化物前驅體溶膠凝膠。

優選地，所述金屬氧化物為二氧化錫、氧化鋅或二氧化鈦；所述金屬氧化物的前驅體為所述金屬氧化物對應的氯鹽、醋酸鹽或醇鹽；

所述溶劑為乙二醇甲醚、乙醇、二甲基亞砜和二甲基甲酰胺中的一種或多種。

優選地，所述穩定劑選自單乙醇胺、二乙醇胺和檸檬酸。