CN101886281A - Si-ZnO一维纳米材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Si-ZnO一维纳米材料及其制备方法，属于半导体材料技术领域。在现有具有Si-ZnO结构的材料中，尚无ZnO纳米线生长在Si纳米线上的材料；现有制备具有Si-ZnO结构的材料的方法如分子束外延其设备昂贵、工艺复杂、成本高。本发明之方法属于电化学沉积方法，首先配制先驱体水溶液，其中以硝酸锌为锌源，以六次甲基四胺作为表面活性剂，硝酸锌与六次甲基四胺物质的量相等；然后进行电化学沉积，将所配制的先驱体水溶液转入三电极体系，其中以Si纳米线作为工作电极，箔片作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，沉积温度为80～90℃，沉积时间为5～30min，沉积电位为-1.15～-1.95V。在产物中ZnO纳米线生长在Si纳米线上。
Description
技术领域
本发明涉及一种Si-ZnO一维纳米材料及其制备方法，采用电化学制备方法在Si纳米线上直接生长ZnO纳米线，属于半导体材料技术领域。
背景技术
ZnO是一种宽禁带、直接带隙II-VI半导体材料，具有宽带隙(3.37eV)及较大的激子束缚能(60meV)，在光电子领域有重要应用。另一方面，Si半导体材料是目前研究广泛、实用化程度最高的半导体材料，在太阳能电池、电子电路中有很广泛的应用。Si-ZnO结构除了具有能够实现光电子集成的优点外，还具有制备简单、成本低廉等特点。硅材料与氧化锌纳米材料的结合，成为制作发光二极管的材料，以及用于制备紫外探测器。
由于Si与ZnO存在着较大的晶格失配，因此，如果在Si衬底上采用常用的生长纳米结构的方法，如化学气相沉积方法，生长ZnO一维纳米结构，则必须先在Si体材料表面生长ZnO薄膜作为籽晶层，诱导ZnO纳米结构的生长。该方法工艺上多出一道工序，成本提高。
具有一维纳米结构的Si纳米线材料相对于Si体材料来说在电传导特性等方面具有独特的优势。Si一维纳米结构与ZnO一维纳米结构相结合形成异质结构，在纳米器件实用化方面具有十分重要的作用。现有技术在Si纳米线上生长ZnO的方法是分子束外延(MBE)、磁控溅射以及脉冲激光沉积(PLD)等，且生长的ZnO均为薄膜结构。
现有技术采用化学腐蚀的方法制备Si纳米线，以硝酸银为反应物，氢氟酸作为溶剂，在室温下对P型或者N型Si片进行腐蚀，在Si片上形成直立状纳米线，长度10μm，直径0.5～1μm。
电化学沉积是一种在电极(电子导体)和溶液(离子导体)界面上进行电能和化学能相互转化的过程，其特点是沉积速率高；材料生长温度低，可以在常温常压下操作；适合在复杂的衬底上生长；可以通过改变电化学参数控制电荷分布获得不同厚度、不同光电性质的薄膜或纳米结构；设备简易、容易操作、成本低、环境友好；适合大规模工业生产。采用电化学沉积方法可以生长多种具有纳米结构的材料，如金属、半导体、导电聚合物、陶瓷以及超导体等。
发明内容
本发明的目的是采用电化学沉积方法在Si纳米线上生长ZnO纳米线，从而制备出Si-ZnO一维纳米材料，为此我们发明一种Si-ZnO一维纳米材料及其制备方法。
本发明之Si-ZnO一维纳米材料其特征在于ZnO纳米线生长在Si纳米线上。
本发明之Si-ZnO一维纳米材料制备方法属于电化学沉积方法，其特征在于：配制先驱体水溶液，其中以硝酸锌为锌源，以六次甲基四胺作为表面活性剂，硝酸锌与六次甲基四胺物质的量相等；然后进行电化学沉积，将所配制的先驱体水溶液转入三电极体系，其中以Si纳米线作为工作电极，箔片作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，沉积温度为80～90℃，沉积时间为5～30min，沉积电位为-1.15～-1.95V。
本发明其技术效果在于实现了采用电化学沉积方法在Si纳米线上生长ZnO纳米线的发明目的，获得了Si-ZnO一维纳米材料，见图1～3所示，沉积过程是在Si纳米线上直接进行，所获得的ZnO纳米线长度0.2～2μm，直径100～200nm，沉积在Si纳米线上，并形成了多枝状的核壳结构，根据所获得的产物的EDS谱图，见图4所示，可知其中的元素为Zn、O、Si，进一步说明该产物一维纳米材料的物质为Si-ZnO。通过控制沉积电位和沉积时间即可在Si纳米线上生长出不同形貌和尺寸的ZnO纳米线。所采用的电化学沉积方法与现有技术采用的分子束外延(MBE)、磁控溅射以及脉冲激光沉积(PLD)等方法相比，设备易得，工艺简单，成本低廉。
附图说明
图1是实施例一获得的Si-ZnO一维纳米材料的SEM图像。图2是实例二获得的Si-ZnO一维纳米材料SEM的图像，该图兼作为摘要附图。图3是实例三获得的Si-ZnO一维纳米材料的SEM图像。图4是实施例二获得的Si-ZnO一维纳米材料的EDS谱。
具体实施方式
实施例一：
1、配制先驱体水溶液。其中以硝酸锌为锌源，以六次甲基四胺作为表面活性剂，硝酸锌与六次甲基四胺物质的量相等。
2、进行电化学沉积。将配制的先驱体水溶液搅拌均匀后转入三电极体系，其中以Si纳米线作为工作电极，箔片作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，沉积温度为90℃，沉积时间为5min，沉积电位为-1.55V。
3、后处理。将产物经去离子水反复冲洗数次，去除产物表面吸附的离子，干燥，产物形貌见图1所示，具有多枝状的核壳结构，长度0.2μm，直径100～200nm。
实施例二：
1、配制先驱体水溶液。其中以硝酸锌为锌源，以六次甲基四胺作为表面活性剂，硝酸锌与六次甲基四胺物质的量相等。
2、进行电化学沉积。将配制的先驱体水溶液搅拌均匀后转入三电极体系，其中以Si纳米线作为工作电极，箔片作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，沉积温度为85℃，沉积时间为30min，沉积电位为-1.55V。
3、后处理。将产物经去离子水反复冲洗数次，去除产物表面吸附的离子，干燥，产物形貌见图2所示，具有多枝状的核壳结构，长度2μm，直径100nm。
实施例三：
1、配制先驱体水溶液。其中以硝酸锌为锌源，以六次甲基四胺作为表面活性剂，硝酸锌与六次甲基四胺物质的量相等。
2、进行电化学沉积。将配制的先驱体水溶液搅拌均匀后转入三电极体系，其中以Si纳米线作为工作电极，箔片作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，沉积温度为80℃，沉积时间为30min，沉积电位为-1.95V。
3、后处理。将产物经去离子水反复冲洗数次，去除产物表面吸附的离子，干燥，产物形貌见图3所示，具有多枝状的核壳结构，长度2μm，直径200nm。
Claims (4)
1.一种Si-ZnO一维纳米材料，其特征在于，ZnO纳米线生长在Si纳米线上。
2.根据权利要求1所述Si-ZnO一维纳米材料，其特征在于，具有多枝状的核壳结构。
3.根据权利要求1所述Si-ZnO一维纳米材料，其特征在于，ZnO纳米线的长度0.2～2μm，直径100～200nm。
4.一种Si-ZnO一维纳米材料制备方法，属于电化学沉积方法，其特征在于，配制先驱体水溶液，其中以硝酸锌为锌源，以六次甲基四胺作为表面活性剂，硝酸锌与六次甲基四胺物质的量相等；然后进行电化学沉积，将所配制的先驱体水溶液转入三电极体系，其中以Si纳米线作为工作电极，箔片作为辅助电极，Ag/AgCl作为参比电极，沉积温度为80～90℃，沉积时间为5～30min，沉积电位为-1.15～-1.95V。
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