[發(fā)明專利]一種Al摻雜的ZnO納米棒及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112408462A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于琦;蔣劍超;容萍;姜立運(yùn)
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西理工大學(xué)
• 主分類號: C01G9/03
• 分類號: C01G9/03;H01L29/227;H01L29/861;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發(fā)明提供了一種Al摻雜的ZnO納米棒及其制備方法和應(yīng)用，該發(fā)明對Al摻雜ZnO納米棒在柔性襯底上的生長及其性能研究，制備時(shí)以六水硝酸鋅、六次甲基四胺和氧化鋁為主要反應(yīng)物，先在柔性襯底PET?ITO表面離子濺射一層很薄的ZnO籽晶層；再配制不同濃度鋁摻雜的氧化鋅前驅(qū)體溶液，一步水熱法生長鋁摻雜ZnO納米結(jié)構(gòu)，獲得電學(xué)特性優(yōu)異的Al摻雜ZnO納米棒。本發(fā)明獲得的產(chǎn)物具有特殊的六方纖鋅礦型結(jié)構(gòu)，并有典型的整流特性，在二極管等新型功能器件具有廣闊的研究前景，適合大面積生產(chǎn)和應(yīng)用。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Al摻雜的ZnO納米棒及其制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】

ZnO作為一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.37eV，高激子結(jié)合能約為60meV，儲(chǔ)量豐富，成本低廉及優(yōu)良的光學(xué)和電學(xué)特性，使其相關(guān)器件開發(fā)和應(yīng)用得到迅速發(fā)展，在UV光檢測器、場發(fā)射陣列、氣體傳感器、太陽能電池及聲學(xué)波器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。對于納米材料來說，摻雜對于納米材料性能的改變更加顯著，因其摻雜后原子數(shù)量較少且大多數(shù)處于納米材料的表面。

目前ZnO納米材料的合成方法包括蒸發(fā)法、溶膠凝膠法、原子層沉積法、氣相沉積法、噴霧熱解法和水熱法等，水熱法由于其操作簡單、商業(yè)可行性和可大規(guī)模生產(chǎn)的良好特性而得到了廣泛的應(yīng)用，是一種理想的制備摻雜ZnO納米材料的途徑。

目前關(guān)于制備摻雜ZnO納米材料的摻雜元素選擇主要集中在Ag/Y等貴金屬元素的摻雜：如文獻(xiàn)Ceramics International 45(2019)6842-6852，主要研究使用噴霧熱解工藝在450℃下在玻璃基板上沉積高度透明的n型ZnO薄膜，同時(shí)以不同的百分比(0、2、5、7at％)插入釔作為摻雜劑；但是大部分摻雜的物質(zhì)均涉及貴金屬，不利于實(shí)際應(yīng)用，而且上述制備出的物質(zhì)在作并沒有利用到ZnO納米材料作為器件應(yīng)用到其他領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種Al摻雜的ZnO納米棒及其制備方法和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中摻雜的物質(zhì)多為貴金屬，制備出ZnO納米材料未得到充分利用的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種Al摻雜的ZnO納米棒，其特征在于，其結(jié)構(gòu)為所述ZnO納米棒生長在PET-ITO柔性襯底上，ZnO納米棒的表面附著有分散的Al原子。

一種Al摻雜的ZnO納米棒的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，預(yù)處理PET-ITO柔性襯底；

步驟2，通過磁控濺射在PET-ITO柔性襯底上沉積ZnO種子層；

步驟3，將六次甲基四胺，六水硝酸鋅和氧化鋁加入至去離子水中，制得前驅(qū)體溶液；

步驟4，將ZnO種子層放置在前驅(qū)體溶液中，水熱反應(yīng)后將產(chǎn)物干燥，在PET-ITO柔性襯底上制得Al摻雜的ZnO納米棒。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：

優(yōu)選的，所述預(yù)處理PET-ITO柔性襯底的步驟為，將PET-ITO柔性襯底裁剪成方形后，通過丙酮和乙醇依次超聲清洗，取出后在去離子水中超聲清洗，清洗后烘干。

優(yōu)選的，步驟2中，磁控濺射時(shí)間為3-5min，壓強(qiáng)為8-10Pa，濺射電流為6-10mA。

優(yōu)選的，步驟2中，所述ZnO種子層的厚度為30nm。

優(yōu)選的，步驟3中，前驅(qū)體溶液中六水硝酸鋅、六次甲基四胺和氧化鋁的摩爾比為1:1:(0.1～2.5)。

優(yōu)選的，步驟3中，前驅(qū)體溶液中六水硝酸鋅的濃度為0.05mol/L，六次甲基四胺的濃度為0.05mol/L，氧化鋁的濃度為0.005～0.125mol/L。