CN102593282A - 一种ZnO纳米线阵列的掺杂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及ZnO纳米线阵列，特指一种ZnO纳米线阵列的掺杂方法，即利用等离子体对ZnO纳米线阵列进行B掺杂。利用B2H6等离子体对ZnO纳米线进行B掺杂，工作气体为B2H6，射频功率在30-60W，压强70-100Pa，加热温度为300℃，时间为5-20min。由于ZnO纳米线有大的表面积体积比，小的直径尺寸，纳米线浸没在等离子体中，从而可实现B原子均匀掺杂；另一方面，利用等离子体技术掺杂，可实现ZnO纳米线的低温掺杂。
Description
技术领域
本发明涉及ZnO纳米线阵列，特指一种ZnO纳米线阵列的掺杂方法，即利用等离子体对ZnO纳米线阵列进行B掺杂。
背景技术
ZnO是一种具有纤锌矿结构的直接带隙半导体材料，被认为是第三代半导体材料之一；在室温下ZnO的禁带宽度为3.36 eV，激子束缚能高达60 meV，成为蓝光发光二极管和紫外激光器等光电子器件的热门备选材料，具有很好的应用潜力。
ZnO纳米线由于对载流子和光子具有强的量子限制效应和高的比表面积比，产生许多新颖的光电特性而受到人们的青睐；但ZnO纳米线在光电器件的实际应用中仍然面临着巨大的挑战，其中之一就是ZnO纳米线掺杂比较困难；对ZnO纳米线的掺杂通常是在生长纳米线时进行掺杂，如Zeng等人利用电化学方法制备了Ni和Co掺杂的ZnO纳米线 （Haibo Zeng, Jingbiao Cui, Bingqiang Cao, Ursula Gibson, Yoshio Bando, and Dmitri Golberg. Science of Advanced Materials.2010, 2:336-358），Hsu等人利用水热法制备了Al掺杂的ZnO纳米线（Chih-Hsiung Hsu and Dong-Hwang Chen. Nanotechnology, 2010, 21: 285603-285610）；另外，也有报道Yanbo Li等人利用氢等离子体对ZnO纳米线进行处理，研究表明，经过氢等离子体处理后， 氢原子使材料表面晶界中带负电的氧原子解吸附，同时引入Vo-H和填隙H形成浅施主能，提高电子浓度，从而达到降低电阻的目的（Yanbo Li, Miao Zhong, Takero Tokizono, Ichiro Yamada,Georges Bremond and Jean-Jacques Delaunay.Nanotechnology. 2011, 22:435703- 435708）。
B掺杂的ZnO薄膜，已有报导；如利用原子层沉积方法，以二乙基锌DEZn和水H2O为反应物，硼烷B2H6为掺杂气体，制备出B掺杂的ZnO薄膜（Baosheng Sang, Akira Yamada, Makoto Konagai. Growth of Boron-doped ZnO thin films by atomic layer deposition. Solar Energ) MateriaLs' and Solar Cells,1997,49,19 26.）；另外还有利用金属氧化物化学气相沉积和激光脉冲沉积方法制备B掺杂的ZnO薄膜（X. D. Liu, E. Y. Jiang, and Z. Q. Li. Low temperature electrical transport properties of B-doped ZnO films. J. Appl. Phys. 2007, 102, 073708。Songqing Zhao et al. Enhanced hardness in B-doped ZnO thin films on fused quartz substrates by pulsed-laser deposition. Applied Surface Science. 2006, 253: 726 –729.）；这些方法都是在生长过程中进行掺杂；但是，利用等离子体对ZnO薄膜进行B掺杂的研究，未见报道。
本发明提出利用B2H6等离子体掺杂技术，实现ZnO纳米线阵列的B掺杂，有效降低纳米线的电阻。
发明内容
本发明提出利用B2H6等离子体掺杂技术实现ZnO纳米线阵列的B掺杂，有效降低纳米线的电阻。
实现本发明的技术方案为：
第一步：利用水热法生长ZnO纳米线阵列；
第二步：进行B2H6等离子体处理；
第三步：制备金属电极；
第四步：测定ZnO纳米线伏安特性。
所述方法第一步，采用原子层沉积（ALD）或是旋涂法制备ZnO籽晶，采用透明导电膜、硅片或是金属电极为衬底，采用硝酸锌和六甲基四胺的混合液作为制备纳米线的溶液，生长温度为70-90℃，时间为4-6小时。
所述方法第二步， B2H6等离子处理，其射频功率在30-60W，压强70-100Pa，加热温度为300℃，时间为5-20min。
所述方法第三步，采用磁控溅射或蒸发方法制备铝电极，厚度在100nm。
所述方法第四步，伏安方法测试，电压范围-2到2V。
本发明的优点：利用B2H6等离子体对ZnO纳米线进行B掺杂，由于 ZnO纳米线有大的表面积体积比，小的直径尺寸，纳米线浸没在等离子体中，从而可实现B原子均匀掺杂；另一方面，利用等离子体技术掺杂，可实现ZnO纳米线的低温掺杂。
附图说明
图1是 ZnO纳米线示意图；为了测定纳米线的电学性质，选用涂有透明导电膜（掺锡的氧化铟ITO）的光学玻璃作为衬底，测定伏安特性曲线时，ITO和Al层作为纳米线阵列上下两个电极；
图2是对比例一中的ZnO纳米线的SEM图，从图中可以看到，ZnO纳米线均匀地生长在衬底上，平均直径在100 nm；
图3是对比例一，对比例二，和实例三中ZnO纳米线的I-V特性曲线；
从图中可以看出，在旋涂法制备籽晶层上生长的ZnO纳米线，纳米线的电阻为0.894×108W，利用H等离子体处理后纳米线的电阻略有减小，但是利用B2H6等离子体处理后，电阻降为0.927×104W，显著减少了ZnO纳米线的电阻；
图4是对比例四，对比例五，和实例六中ZnO纳米线的I-V特性曲线。
从图中可以看出，在ALD法制备籽晶层上生长的ZnO纳米线的电阻为0.404×108W，利用H等离子处理后纳米的电阻也略有减小，利用B2H6等离子体处理后，电阻降为0.364×104W，纳米线的电阻也显著减小。
具体实施方式
以下结合实例进一步说明本发明的内容：
对比例一：在旋涂法制备的籽晶层上生长ZnO纳米线阵列
1、 衬底为ITO导电玻璃（方块电阻10 Ω）；
2、 衬底利用丙酮、酒精和去离子水依次进行超声清洗。
3、 旋涂法制备ZnO籽晶层
以乙二醇甲基醚为溶剂、醋酸锌为溶质 (0.4 mol/L)、乙醇胺(0.4 mol/L)为稳定剂配制醋酸锌溶液；利用旋涂法制备氧化锌籽晶层，旋涂一层后，100℃烘干，重复5次后，400℃退火30 min。
4、 水热法生长ZnO纳米线阵列
以酒精为溶剂，配制硝酸锌（0.01mol/L）和六甲基四胺(0.01mol/L)混合液80 ml，作为制备纳米线的溶液，生长温度为90℃，时间6小时，完成生长后，取出样品，用去离子水冲洗，晾干。
5、利用磁控溅射制备Al电极，厚度为100nm。
6、电学性能测量
用Keithley2400测定ZnO纳米线阵列的伏安特性曲线。
对比例二：对在旋涂法制备的籽晶层上生长的ZnO纳米线进行H等离子处理
1、制备ZnO纳米线
方法同对比例一中的步骤1-4。
2、H2等离子体处理
具体工艺条件为：气体为H2，工作压强为80Pa，样品加热温度为300℃，射频功率40W，时间20min。
3、Al电极的制备
方法和工艺条件同对比例一中步骤5。
4、电学性能测量
方法同对比例一中步骤6。
实例三：对在旋涂法制备籽晶层上生长的ZnO纳米线进行B
2
H
6
等离子体处理
1、制备ZnO纳米线
方法同对比例一中的步骤1-4。
2、进行B2H6等离子处理
具体工艺条件为：工作气体为B2H6，工作压强80Pa，射频功率40W，样品加热温度为300℃，时间20min。
3、Al电极的制备
方法和工艺条件同对比例一中步骤5。
4、电学性能测定
方法同对比例一中步骤6。
对比例四：在原子层沉积（ALD）法制备籽晶层上生长ZnO纳米线
1、清洗衬底
工艺同对比例中一中步骤1和2。
2、籽晶层制备
利用ALD技术生长ZnO籽晶层，前驱体为二乙基锌和水，生长温度200℃，籽晶层厚度为8nm。
3、水热法生长ZnO纳米线阵列
工艺条件和步骤同对比例一中步骤3。
4、Al电极制备
方法和工艺条件同对比例一中步骤5。
5、电学性能测量
方法同对比例一中步骤6。
对比例五：对ALD法制备籽晶层上生长的ZnO纳米线进行H等离子体处理
1、制备ZnO纳米线
步骤和工艺条件同对比例四中1-3步骤。
2、氢等离子体处理
工艺条件同对比例二中步骤2。
3、Al电极制备
方法和工艺条件同对比例一中步骤5。
4、电学性能测量
方法同对比例一中步骤6。
实例六：对ALD法制备籽晶层上生长的ZnO纳米线的B
2
H
6
等离子体处理
1、制备ZnO纳米线
步骤和工艺条件同对比例四中1-3步骤。
2、进行B2H6等离子处理
工艺同实例三中步骤2。
3、Al电极制备
方法和工艺条件同对比例一中步骤5。
4、电学性能测量
方法同对比例一中步骤6。
实施效果：
纳米线伏安特性测试结果显示：对于在旋涂法制备的籽晶层上生长的ZnO纳米线来说，H等离子体处理使其电阻减小了2个数量级，利用B2H6等离子体处理后，纳米线的电阻减小了4个数量级；在ALD法制备籽晶层上生长的ZnO纳米线，经 H等离子体处理后电阻减小了2个数量级，利用B2H6等离子体处理后，纳米线的电阻减小了4个数量级，由此可见，ZnO纳米线通过B2H6等离子体处理后，可明显的降低纳米线的电阻，可见，利用该技术，在氧化锌纳米线中实现了B原子的有效掺杂。
实施效果：
纳米线伏安特性测试结果显示： 采用旋涂法和ALD技术两种方法制备籽晶层的ZnO纳米线，通过H等离子体处理均可以略微降低ZnO纳米线电阻，但是利用B2H6等离子体处理后，纳米线的电阻减小了4个数量级，ZnO纳米线经过B2H6等离子体处理后，纳米线电阻显著降低，由此可见，等离子体处理在氧化锌纳米线中实现了B原子的有效掺杂。
Claims (4)
1.一种ZnO纳米线阵列的掺杂方法，包括利用水热法生长ZnO纳米线阵列的步骤，对ZnO纳米线阵列进行B掺杂的步骤，制备金属电极的步骤，测定ZnO纳米线伏安特性的步骤，其特征在于：对ZnO纳米线阵列进行B掺杂的步骤指利用B2H6等离子体对ZnO纳米线进行B掺杂，工作气体为B2H6，射频功率在30-60W，压强70-100Pa，加热温度为300℃，时间为5-20min。
2.如权利要求1所述的一种ZnO纳米线阵列的掺杂方法，其特征在于：所述的利用水热法生长ZnO纳米线阵列的步骤为：采用原子层沉积（ALD）或是旋涂法制备ZnO籽晶，采用透明导电膜、硅片或是金属电极为衬底，采用硝酸锌和六甲基四胺的混合液作为制备纳米线的溶液，生长温度为70-90℃，时间为4-6小时。
3.如权利要求1所述的一种ZnO纳米线阵列的掺杂方法，其特征在于：所述的制备金属电极的步骤为：采用磁控溅射或蒸发方法制备铝电极，厚度在100nm。
4.如权利要求2所述的一种ZnO纳米线阵列的掺杂方法，其特征在于：旋涂法制备ZnO籽晶的步骤为：以乙二醇甲基醚为溶剂、醋酸锌为溶质、乙醇胺为稳定剂配制醋酸锌溶液，其中醋酸锌的浓度为0.4 mol/L，乙醇胺的浓度为0.4 mol/L；旋涂一层后，100℃烘干，重复5次后，400℃退火30 min。
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|---|---|
| CN (1) | CN102593282A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103268825A (zh) * | 2013-05-08 | 2013-08-28 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种太阳能电池复合结构光阳极材料及制备方法 |
| CN106756898A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-31 | 湖北大学 | 抗菌疏水性ZnO纳米棒的制备方法 |
| CN108658121A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-10-16 | 湖北大学 | 一种实现氧化锌纳米线阵列梯度掺杂的方法 |
| CN113903788A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-01-07 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 三维半导体器件的掺杂方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5561072A (en) * | 1993-11-22 | 1996-10-01 | Nec Corporation | Method for producing shallow junction in surface region of semiconductor substrate using implantation of plasma ions |
| CN101378091A (zh) * | 2008-09-19 | 2009-03-04 | 武汉大学 | 一种n-ZnO纳米线/p-NiO异质pn结二极管及其制备方法 |
-
2012
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5561072A (en) * | 1993-11-22 | 1996-10-01 | Nec Corporation | Method for producing shallow junction in surface region of semiconductor substrate using implantation of plasma ions |
| CN101378091A (zh) * | 2008-09-19 | 2009-03-04 | 武汉大学 | 一种n-ZnO纳米线/p-NiO异质pn结二极管及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JIN-HONG LEE,ET AL: "Electrical and optical properties of ZnO transparent conducting films by the sol-gel method", 《JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103268825A (zh) * | 2013-05-08 | 2013-08-28 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种太阳能电池复合结构光阳极材料及制备方法 |
| CN103268825B (zh) * | 2013-05-08 | 2016-05-25 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种太阳能电池复合结构光阳极材料及制备方法 |
| CN106756898A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-31 | 湖北大学 | 抗菌疏水性ZnO纳米棒的制备方法 |
| CN106756898B (zh) * | 2016-11-23 | 2019-10-11 | 湖北大学 | 抗菌疏水性ZnO纳米棒的制备方法 |
| CN108658121A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-10-16 | 湖北大学 | 一种实现氧化锌纳米线阵列梯度掺杂的方法 |
| CN113903788A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-01-07 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 三维半导体器件的掺杂方法 |
| CN113903788B (zh) * | 2021-09-24 | 2024-01-19 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 三维半导体器件的掺杂方法 |
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