CN105002555A - 一种ZnO单晶纳米片的生长方法 - Google Patents
一种ZnO单晶纳米片的生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105002555A CN105002555A CN201510488904.8A CN201510488904A CN105002555A CN 105002555 A CN105002555 A CN 105002555A CN 201510488904 A CN201510488904 A CN 201510488904A CN 105002555 A CN105002555 A CN 105002555A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zno
- substrate
- der waals
- van der
- nanosheet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种ZnO单晶纳米片的制备方法。该方法利用脉冲激光沉积辅助范德瓦尔斯外延，在范德瓦尔斯力作用的层状材料衬底上生长出高覆盖率的ZnO单晶纳米片。采用高能量辅助范德瓦尔斯沉积有利于ZnO在衬底上结晶，而高真空环境减少沉积过程中的能量损失，配合上合适的沉积温度和退火温度，能够改变ZnO的择优生长方向，使得ZnO优先于面内生长，改变传统ZnO[001]方向择优生长的性质，不再生长成柱状ZnO，而生长出ZnO平面结构，有利于与传统的集成电路工艺整合和兼容。而且该方法生长出的ZnO纳米片和衬底结合力弱，易于转移到其他衬底上进行半导体纳米器件的加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种ZnO单晶纳米片的生长方法，属于纳米材料生长和制备领域。
背景技术
氧化锌(ZnO)是一种II-VI族的直接带隙宽禁带半导体材料。其在室温下的禁带宽度为3.37eV，激子束缚能可达60meV，远高于GaN的25meV以及室温热能(26meV)，非常适合制造室温下稳定工作的发光及光电器件。然而生长ZnO单晶的工作确是一个具备挑战性的工作。由于晶格的不匹配，常规的ZnO单晶纳米材料生长通常需要催化剂或者缓冲层来缓解衬底与ZnO之间的应力。目前Si上及蓝宝石衬底上的外延生长ZnO均需要合适的缓冲层来实现。GaN虽然与ZnO晶格失配小，但其成本较高，不利于大规模的应用。
范德瓦尔斯外延法是一个较为实用的生长单晶纳米材料的方法，国际上已经有许多科学家利用其生长二维纳米材料[1-4]，但大多数材料本身就是二维层状材料。而ZnO的物理性质决定其在大多数情形下是优先c轴生长，因此在ZnO的生长中绝大部分都生长为纳米杆或柱状晶体的结构，即使在生长中引入范德瓦尔斯外延技术，获得的仍是ZnO纳米棒之类的柱状晶体[5,6]，此种形态不利于在集成电路工艺中进行整合。
参考文献：
[1]N.H.Tu,Y.Tanabe,K.K.Huynh,Y.Sato,H.Oguro,S.Heguri,K.Tsuda,M.Terauchi,K.Watanabe,K.Tanigaki,Van der Waals epitaxial growth of topologicalinsulator Bi2-xSbxTe3-ySey ultrathin nanoplate on electrically insulatingfluorophlogopite mica,Applied Physics Letters,105(2014)063104.
[2]Y.Shi,W.Zhou,A.-Y.Lu,W.Fang,Y.-H.Lee,A.L.Hsu,S.M.Kim,K.K.Kim,H.Y.Yang,L.-J.Li,J.-C.Idrobo,J.Kong,van der Waals Epitaxy of MoS2LayersUsing Graphene As Growth Templates,Nano letters,12(2012)2784-2791.
[3]J.Pan,M.I.Utama,Q.Zhang,X.Liu,B.Peng,L.M.Wong,T.C.Sum,S.Wang,Q.Xiong,Composition-tunable vertically aligned CdS(x)Se(1-x)nanowire arrays viavan der Waals epitaxy:investigation of optical properties and photocatalytic behavior,Advanced materials,24(2012)4151-4156.
[4]W.Dang,H.Peng,H.Li,P.Wang,Z.Liu,Epitaxial heterostructures of ultrathintopological insulator nanoplate and graphene,Nano letters,10(2010)2870-2876.
[5]M.I.B.Utama,Q.Zhang,S.Jia,D.Li,J.Wang,Q.Xiong,Epitaxial II–VI TripodNanocrystals:A Generalization of van der Waals Epitaxy for Nonplanar PolytypicNanoarchitectures,ACS Nano,6(2012)2281-2288.
[6]M.I.B.Utama,F.J.Belarre,C.Magen,B.Peng,J.Arbiol,Q.Xiong,Incommensurate van der Waals Epitaxy of Nanowire Arrays:A Case Study with ZnOon Muscovite Mica Substrates,Nano letters,12(2012)2146-2152.
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种ZnO单晶纳米片的生长方法。
其方案是：以范德瓦尔斯力作用的层状材料为衬底，以ZnO为靶材，通过脉冲激光沉积方法来制备ZnO单晶纳米片。
所述的衬底为氟金云母，云母，以及石墨烯等。
脉冲激光沉积中，沉积温度为350℃～550℃。
脉冲激光沉积中，利用较高的沉积真空度，脉冲激光沉积(PLD)真空室中气压低于10-3Pa。
脉冲激光沉积中，激光的能量是200mJ/pulse，波长是248nm，频率是5Hz。
脉冲激光沉积中，沉积时间是半小时。
本发明方法，利用外界高能量辅助，使得ZnO在范德瓦尔斯衬底作用力的层状衬底上实现了高覆盖率的ZnO单晶纳米片的外延生长。由于优先生长的方向是平面内，此种生长工艺制备的ZnO单晶纳米片易于整合到集成电路工艺。由于二维层状材料衬底的可弯折性，可以基于此制备出柔性的ZnO基电子器件。并且ZnO单晶纳米片与衬底之间的结合力弱，可以提供出一种易于转移的ZnO纳米片制备工艺。利用PDMS，我们可以将制备的ZnO单晶纳米片转移到其他衬底，如硅，热氧化二氧化硅，以及玻璃上，用以进行后续的纳米光电器件制备。
本发明采用高能量辅助范德瓦尔斯外延，使得ZnO晶体的择优生长方向发生改变，不同于常规ZnO生长的纳米棒或四角针状结构，而是形成高覆盖率的ZnO单晶纳米片。本发明的有益效果和优点在于：
1，所生成的ZnO单晶纳米片结构表面平整，非常有利于与集成电路制造工艺的融合而制备ZnO基的纳米电子及光电子器件。
2，衬底具有一定的可弯折性，可用于柔性ZnO基器件的制造，同时云母具有高透明特性，可用于制备透明ZnO基电子及光电子器件，且衬底能够耐高温且理化特性稳定，能够兼容集成电路后端工艺。
3，ZnO与范德瓦尔斯作用力的层状衬底之间作用力弱，易于分离。可以方便的转移ZnO单晶纳米片至其他位置，便于纳米器件的制造。
附图说明
图1是实施例1的透射电子衍射形貌图及衍射花样。
图2是实施例1的高分辨透射照片。
图3是实施例1的扫描电镜形貌图。
图4是实施例1的室温光致发光光谱图。
图5是实施例1ZnO转移流程图。
具体实施方式
实施例1：
将新鲜解理的氟金云母衬底固定在衬底托上，迅速装入脉冲激光沉积(PLD)真空室中。腔体气压抽至10-3Pa以下，衬底加热至550℃，用200mJ/pulse的248nm脉冲激光聚焦至99.99％纯度的ZnO陶瓷靶材靶面，脉冲频率为5Hz，沉积时间为半小时，之后在3Pa O2环境下退火至室温。由图1可看到由ZnO[001]方向入射的透射电子束衍射花样，可明显看到ZnO单晶衍射花样。图案清晰规整，斑点完整。从图2的高分辨透射电子显微照片显示出ZnO和云母很好的外延关系，界面清晰无非晶过渡层。由图3扫面电镜显示单晶纳米片尺寸可达几十微米至几百微米，在衬底的表面覆盖率很高。图4是ZnO单晶纳米片的紫外荧光光谱，激发波长为325nm，光致荧光光谱显示有很强的紫外发光，可见发光基本没有，显示出纳米片有很高的结晶质量。如图5所示，在生长了ZnO单晶纳米片的衬底上滴加聚二甲基硅氧烷(PDMS)，然后将PDMS轻轻揭起，PDMS会将纳米片一起带起，将PDMS按压到硅片上，保持一段时间，移除PDMS，ZnO纳米片即可转移至硅衬底。同法，也可转移至热氧化二氧化硅，以及玻璃上，用以进行后续的纳米光电器件制备。
实施例2：
将新鲜解理的氟金云母衬底固定在衬底托上，迅速装入PLD真空室中。腔体气压抽至10-3Pa以下，衬底加热至450℃，用200mJ/pulse的248nm脉冲激光聚焦至99.99％纯度的ZnO陶瓷靶材靶面，脉冲频率为5Hz，沉积时间为半小时，之后在3Pa O2环境下退火至室温。
实施例3：
将新鲜解理的氟金云母衬底固定在衬底托上，迅速装入PLD真空室中。腔体气压抽至10-3Pa以下，衬底加热至350℃，用200mJ/pulse的248nm脉冲激光聚焦至99.99％纯度的ZnO陶瓷靶材靶面，脉冲频率为5Hz，沉积时间为半小时，之后在3Pa O2环境下退火至室温。
Claims (6)
1.一种ZnO单晶纳米片的生长方法，其特征在于，以范德瓦尔斯力作用的层状材料为衬底，以ZnO为靶材，通过脉冲激光沉积方法来制备ZnO单晶纳米片。
2. 根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述的衬底为氟金云母、云母或石墨烯。
3. 根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，脉冲激光沉积中，沉积温度为350℃~550℃。
4. 根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，脉冲激光沉积中，脉冲激光沉积真空室中气压低于10-3 Pa。
5. 根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，脉冲激光沉积中， 激光的能量是200 mJ/pulse，波长是248nm，频率是5Hz。
6. 根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，脉冲激光沉积中，沉积时间是半小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510488904.8A CN105002555B (zh) | 2015-08-11 | 2015-08-11 | 一种ZnO单晶纳米片的生长方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510488904.8A CN105002555B (zh) | 2015-08-11 | 2015-08-11 | 一种ZnO单晶纳米片的生长方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105002555A true CN105002555A (zh) | 2015-10-28 |
| CN105002555B CN105002555B (zh) | 2017-06-16 |
Family
ID=54375405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510488904.8A Active CN105002555B (zh) | 2015-08-11 | 2015-08-11 | 一种ZnO单晶纳米片的生长方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105002555B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105463580A (zh) * | 2016-01-07 | 2016-04-06 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种硒化镉或硫化镉二维单晶纳米片的制备方法 |
| CN105905946A (zh) * | 2016-04-15 | 2016-08-31 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 纳米材料与云母复合多层结构的制备方法 |
| CN106400114A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-02-15 | 昆明理工大学 | 一种非极化择优取向ZnO基多晶薄片的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101388345A (zh) * | 2007-09-12 | 2009-03-18 | 中国科学院半导体研究所 | 在金属衬底上生长ZnO薄膜的方法 |
| CN101483219A (zh) * | 2009-01-15 | 2009-07-15 | 浙江大学 | Co-Ga共掺的ZnO基稀磁半导体薄膜及其制备方法 |
| CN101481817A (zh) * | 2008-12-31 | 2009-07-15 | 浙江大学 | 一种非极性ZnO晶体薄膜的生长方法 |
| CN103065972A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 | 一种金属氧化物半导体薄膜及其制备方法与应用 |
-
2015
- 2015-08-11 CN CN201510488904.8A patent/CN105002555B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101388345A (zh) * | 2007-09-12 | 2009-03-18 | 中国科学院半导体研究所 | 在金属衬底上生长ZnO薄膜的方法 |
| CN101481817A (zh) * | 2008-12-31 | 2009-07-15 | 浙江大学 | 一种非极性ZnO晶体薄膜的生长方法 |
| CN101483219A (zh) * | 2009-01-15 | 2009-07-15 | 浙江大学 | Co-Ga共掺的ZnO基稀磁半导体薄膜及其制备方法 |
| CN103065972A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 | 一种金属氧化物半导体薄膜及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| MUHAMMAD IQBAL BAKTI UTAMA,ET AL.: "Incommensurate van der Waals Epitaxy of Nanowire Arrays: A Case Study with ZnO on Muscovite Mica Substrates", 《NANO LETTERS》 * |
| YONG ZENG, ET AL.: "Investigate the interface structure and growth mechanism of high quality ZnO films grown on multilayer graphene layers", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 * |
| 刘耀东等: "脉冲激光沉积法制备氧化锌薄膜", 《中国激光》 * |
| 董伟伟等: "脉冲激光沉积法制备ZnO基薄膜研究进展", 《量子电子学报》 * |
| 贾芳: "脉冲激光沉积ZnO薄膜的表面研究", 《广东化工》 * |
| 赖冬寅等: "衬底温度对脉冲激光沉积氧化锌薄膜性能的影响", 《铸造技术》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105463580A (zh) * | 2016-01-07 | 2016-04-06 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种硒化镉或硫化镉二维单晶纳米片的制备方法 |
| CN105463580B (zh) * | 2016-01-07 | 2018-05-08 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种硒化镉或硫化镉二维单晶纳米片的制备方法 |
| CN105905946A (zh) * | 2016-04-15 | 2016-08-31 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 纳米材料与云母复合多层结构的制备方法 |
| CN105905946B (zh) * | 2016-04-15 | 2017-12-26 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 纳米材料与云母复合多层结构的制备方法 |
| CN106400114A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-02-15 | 昆明理工大学 | 一种非极化择优取向ZnO基多晶薄片的制备方法 |
| CN106400114B (zh) * | 2016-09-09 | 2018-10-23 | 昆明理工大学 | 一种非极化择优取向ZnO基多晶薄片的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105002555B (zh) | 2017-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104538526B (zh) | 一种基于铜衬底的氮化物led外延片结构及其制备方法 | |
| CN105463580B (zh) | 一种硒化镉或硫化镉二维单晶纳米片的制备方法 | |
| WO2013035325A1 (ja) | 窒化物半導体構造及びその作製方法 | |
| CN104617177B (zh) | 一种基于ecr电子照射硅基纳米结构碳膜的光电探测器及其制备方法 | |
| CN106119960B (zh) | 正交相二维层状SiP单晶及薄膜的制备方法及其应用 | |
| US20190189840A1 (en) | Method of transferring nanostructures and device having the nanostructures | |
| CN104576862B (zh) | 一种基于铜衬底的氮化物led垂直芯片及其制备方法 | |
| CN102097548B (zh) | 一种自支撑GaN基发光二极管的制备方法 | |
| CN111146079B (zh) | 一种二维金属-半导体范德华异质结阵列的合成及其应用 | |
| CN101580267A (zh) | 低温加热锌和催化剂生长氧化锌纳米结构的方法及其应用 | |
| CN105002555B (zh) | 一种ZnO单晶纳米片的生长方法 | |
| CN103241959A (zh) | 一种Na掺杂ZnO纳米棒阵列的制备方法 | |
| CN107287578A (zh) | 一种大范围均匀双层二硫化钼薄膜的化学气相沉积制备方法 | |
| CN108511324B (zh) | 一种γ相硒化铟纳米片的外延生长方法 | |
| Ding et al. | Defect-related photoluminescence emission from annealed ZnO films deposited on AlN substrates | |
| CN106449993B (zh) | 采用钙钛矿作为光吸收层的n型hemt器件及其制备方法 | |
| CN100545314C (zh) | 用于制备高质量氧化锌薄膜的蓝宝石衬底原位处理方法 | |
| CN103996606A (zh) | 生长在蓝宝石衬底上的高均匀性AlN薄膜及其制备方法和应用 | |
| CN105839189A (zh) | 一种二维原子层厚度ZnO单晶纳米片及其制备方法 | |
| KR20120038500A (ko) | 반도체 기판, 반도체층의 제조 방법, 반도체 기판의 제조 방법, 반도체 소자, 발광 소자, 표시 패널, 전자 소자, 태양 전지 소자 및 전자 기기 | |
| TW201543698A (zh) | 薄膜太陽電池之製造方法及薄膜太陽電池 | |
| CN102251277B (zh) | 一种氧化锌透明导电薄膜及其制造方法 | |
| CN105800566A (zh) | 交替注入反应物生长单层和多层过渡金属硫化物的方法 | |
| CN104254925B (zh) | 氧化锌凹凸结构的形成方法及利用其的太阳能电池的制造方法 | |
| CN102185049B (zh) | ZnO基发光器件的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |