CN108461385B - 氧化锌薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents

氧化锌薄膜及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108461385B
CN108461385B CN201810195059.9A CN201810195059A CN108461385B CN 108461385 B CN108461385 B CN 108461385B CN 201810195059 A CN201810195059 A CN 201810195059A CN 108461385 B CN108461385 B CN 108461385B
Authority
CN
China
Prior art keywords
zinc oxide
nano
periodic structure
film
preparing
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.)
Active
Application number
CN201810195059.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108461385A (zh
Inventor
周雷
朱雨富
宋光�
李冠男
张俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huaiyin Institute of Technology
Original Assignee
Huaiyin Institute of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huaiyin Institute of Technology filed Critical Huaiyin Institute of Technology
Priority to CN201810195059.9A priority Critical patent/CN108461385B/zh
Publication of CN108461385A publication Critical patent/CN108461385A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108461385B publication Critical patent/CN108461385B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02554—Oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B1/00—Devices without movable or flexible elements, e.g. microcapillary devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G9/00—Compounds of zinc
    • C01G9/02—Oxides; Hydroxides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)

Abstract

本发明涉及微纳材料制备技术领域，公开了一种氧化锌薄膜及其制备方法和应用，该薄膜上具有至少一个纳米环状周期性结构的图案，各纳米环状周期性结构中均具有若干纳米环；各纳米环的线宽均为40～200 nm，槽深均为40～80 nm；周期均为80～400 nm；制备方法为：制备纳米环状周期性结构的光刻胶母板；使用该母板通过软纳米压印光刻技术制备纳米环状周期性结构的柔性转移模板；将柔性转移模板置于已经旋涂成膜的氧化锌前聚体上，加热加压后移除柔性转移模板得氧化锌薄膜。本发明中的氧化锌薄膜结晶程度高，形貌均匀有序，能实现对光的有序调控，增强电子迁移复合，具有广阔的应用前景。

Description

氧化锌薄膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及微纳材料制备技术领域，特别涉及一种氧化锌薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
氧化锌是一种重要的直接带隙宽禁带半导体（带隙宽度3.37 电子伏）。此外，氧化锌还具有较高的机械强度和热稳定性以及化学稳定性。此外，氧化锌的不同形貌的纳米结构通常具有不同的独特的性能，如量子隧道效应、量子限域效应等，并且纳米结构形貌特征还与光吸收、光衍射、光散射以及载流子的迁移复合密切相关。因此发展新型氧化锌纳米结构具有不仅具有重要的科学价值，而且在发光器件、光电探测、光场调控、纳米发电机等领域均具有广阔的应用前景。
氧化锌的纳米结构及制备方法在本领域已有诸多报道，如《制备氧化锌微纳米齿形棒及氧化锌微纳米松塔》(中国发明专利，申请号201210128568.2)，《一种氧化锌纳米线阵列结构及其制备方法》(中国发明专利，申请号201310400110.2)，《氧化锌纳米钉的合成方法》(中国发明专利，申请号201210363820.8)，《氧化锌纳米片簇及其制备方法》(中国发明专利，申请号201410283226.7)。然而上述的公开报道的结构是无序的，不是严格周期性结构，不能实现氧化锌纳米环状周期性结构的制备，与本发明有本质的不同。
科技文献《The direct nano-patterning of ZnO using nanoimprintlithography with ZnO-sol and thermal annealing》(Microelectronic Engineering,2009 , 86 (11) :2228-2231)及《Fabrication of surface-patterned ZnO thin filmsusing sol–gel methods and nanoimprint lithography》(Journal of Sol-Gel Scienceand Technology, 2011 , 60 (1) :17-22)通过软纳米压印技术通过溶胶凝胶法制备了氧化锌的周期性光栅结构。周期性光栅结构与氧化锌纳米环状周期性结构形貌不同，决定了氧化锌的光电性能是不同的。如科技文献《V-band Bull’ s eye antenna for multiple
discretely steerable beams（IET Microwaves, Antennas & Propagation, 10(3), 318-325.）纳米环状结构可实现光束的定性操控，具有重要前者应用。然而通过进一步地科技文献检索未见有氧化锌纳米环状周期性结构的相关公开报道。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种氧化锌薄膜制备方法和应用，该薄膜具有一个或呈阵列分布的多个纳米环状周期性结构的图案，能实现对光的有序调控，增强电子迁移复合，具有广阔的应用前景。
技术方案：本发明提供了一种氧化锌薄膜，该薄膜上具有至少一个纳米环状周期性结构的图案，各所述纳米环状周期性结构中均具有若干纳米环，各所述纳米环的线宽均为40～200 nm，槽深均为40～80 nm，周期均为80～400 nm。
优选地，所述氧化锌薄膜的厚度为40～100 nm。
优选地，若所述氧化锌薄膜上具有多个所述纳米环状周期性结构的图案，则多个所述纳米环状周期性结构呈阵列分布。
优选地，所述纳米环为圆形或椭圆形；若所述纳米环为圆形，则各圆形的纳米环为同心圆纳米环。
本发明还提供了一种氧化锌薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1，制备纳米环状周期性结构的光刻胶母板，所述光刻胶母板上具有至少一个纳米环状周期性结构的图案，且各所述纳米环状周期性结构中均具有若干圆形或椭圆形的纳米环；S2，使用所述光刻胶母板通过软纳米压印光刻技术制备纳米环状周期性结构的柔性转移模板；S3，采用溶胶凝胶法在玻璃基板上旋涂氧化锌前聚体溶液；S4，将所述柔性转移模板置于已经旋涂成膜的氧化锌前聚体上，加热加压后移除所述柔性转移模板，得氧化锌薄膜。
进一步地，在所述S1中，所述光刻胶母板的制作步骤为：采用变频干涉光刻方法在厚度为800 nm正性光刻胶上曝光，然后在浓度为0.4%的氢氧化钠溶液中显影，得到所述光刻胶母板。
进一步地，在所述S2中，将紫外光固化胶滴涂在所述光刻胶母板上，然后在所述紫外光固化胶上放置聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，施加压力的同时，采用351 nm的紫外光固化10 min，移除所述光刻胶母板，所述光刻胶母板上的纳米环状周期性结构转移到所述紫外光固化胶上，得所述柔性转移模板。
进一步地，在所述S3中，所述氧化锌前聚体溶液的制备步骤为：将2 ml的甲氧基乙醇和220 mg的二水乙酸锌以及61μL的乙醇胺溶液放置于配液瓶中，再放入磁力搅拌子搅拌4h，得到所述氧化锌前聚体溶液。
进一步地，在所述S4中，将所述柔性转移模板置于已经旋涂成膜的氧化锌前聚体上，将所述玻璃基板放置到热板上，保持150℃的同时施加压力，然后移除所述柔性转移模板，得所述氧化锌薄膜。
本发明还提供了一种氧化锌薄膜在发光器件、有机太阳能电池、钙钛矿电池、光电探测、光场调控或纳米发电机领域中的应用。
有益效果：与现有技术相比，本发明的氧化锌薄膜由于具有形貌均匀有序的纳米环状周期性结构的图案，周期性的环状结构有利于电流的有序传输，增强电子迁移复合，能实现对光的有序调控，氧化锌薄膜结晶程度高，形貌均匀有序，能够有效提高氧化锌薄膜的光电性能，而且由于结构本身的纳米环状特点，还提供了诸如光线定向衍射、光电器件的光吸收或光取出等潜在的应用价值；制作方法简便易行、成本低廉，解决了现有技术中无法实现周期性纳米环状结构制备的问题，在有机太阳能电池、有机发光二极管等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施方式1中氧化锌同心圆纳米环状周期性结构的俯视结构示意图；
图2为沿图1中a-a面的断面图；
图3为实施方式1和2中氧化锌薄膜的制备流程图；
图4为实施方式1中氧化锌纳米环状周期性结构的扫描电子显微镜图；
图5为实施方式2中氧化锌椭圆形纳米环状周期性结构的俯视结构示意图；
图6为实施方式2中氧化锌纳米环状周期性结构的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
实施方式1：
本实施方式提供了一种氧化锌薄膜，该薄膜上具有一个同心圆纳米环状周期性结构的图案，且该同心圆纳米环状周期性结构中具有若干同心圆纳米环（为了便于描述，图中仅示出四个同心圆纳米环），如图1和2所示，该氧化锌薄膜的整体厚度A为85nm，各同心圆纳米环的线宽B均为60nm，槽深C均为40 nm，周期D均为150 nm。
如图3所示，本实施方式中的氧化锌薄膜的制备方法包括如下步骤：
S1，采用变频干涉光刻方法，通过实时调整干涉光刻系统的元件组合方式按照附图1的同心圆纳米环状周期性结构输出纳米干涉图案，在厚度为800 nm正性光刻胶上曝光30 秒，然后在浓度为0.4%的氢氧化钠溶液中显影10 s，接着用热风吹干显影后的光刻胶板，得到具有周期为150 nm、线宽为60 nm、槽深为70 nm的同心圆纳米环状周期性结构的光刻胶母板。
S2，将紫外光固化胶(NOA63) 滴涂在上述光刻胶母板上，然后在紫外光固化胶上放置聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，施加2.5 bar压力的同时，采用351 nm的紫外光固化10min，移除上述光刻胶母板，紫外光固化胶和苯二甲酸乙二醇酯薄膜结为一体，光刻胶母板上的同心圆纳米环状周期性结构转移到紫外光固化胶上，得到具有同心圆纳米环状周期性结构的柔性转移模板。
S3，将2 ml的甲氧基乙醇和220 mg的二水乙酸锌以及61μL的乙醇胺溶液放置于配液瓶中，再放入磁力搅拌子搅拌4小时，得到氧化锌前聚体溶液。接着将上述玻璃基板放置到旋涂仪的旋涂台上，调节转速为2000 r/min，用滴管向玻璃基板上滴注氧化锌前聚体溶液，旋涂时间为45s。
S4，将柔性转移模板置于已经旋涂成膜氧化锌前聚体上，将玻璃基板放置到热板上，保持150℃的同时施加1.0 bar压力，在1 min后，移除柔性转移模板，得到厚度为85 nm的氧化锌薄膜，该薄膜上具有周期为150 nm、线宽为60 nm、槽深为40 nm的同心圆纳米环状周期性结构的图案 (如图4所示)。
实施方式2：
本实施方式提供了一种氧化锌薄膜，该薄膜上具有一个椭圆形纳米环状周期性结构的图案，且该椭圆形纳米环状周期性结构中具有若干椭圆形纳米环（为了便于描述，图中仅示出四个椭圆形纳米环），如图5所示，该氧化锌薄膜的整体厚度为100nm，各椭圆形纳米环的线宽均为150nm，槽深均为80 nm，周期均为400 nm。
如图3所示，本实施方式中的氧化锌薄膜的制备方法包括如下步骤：
S1，采用变频干涉光刻方法，通过实时调整干涉光刻系统的元件组合方式按照附图5的椭圆形纳米环状周期性结构输出纳米干涉图案，在厚度为800 nm正性光刻胶上曝光45 秒，然后在浓度为0.4%的氢氧化钠溶液中显影14s，接着用热风吹干显影后的光刻胶板，得到具有周期为400 nm、线宽为150 nm、槽深为120 nm的椭圆形纳米环状周期性结构的光刻胶母板。
S2，将紫外光固化胶(优选使用NOA63) 滴涂在上述光刻胶母板上，然后在紫外光固化胶上放置聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，施加3.0 bar压力的同时，采用351 nm的紫外光固化13 min，移除上述光刻胶母板，紫外光固化胶和苯二甲酸乙二醇酯薄膜结为一体，光刻胶母板上的椭圆形纳米环状周期性结构转移到紫外光固化胶上，得到具有椭圆形纳米环状周期性结构的柔性转移模板。
S3，将2 ml的甲氧基乙醇和220 mg的二水乙酸锌以及61μL的乙醇胺溶液放置于配液瓶中，再放入磁力搅拌子搅拌4小时，得到氧化锌前聚体溶液。接着将上述玻璃基板放置到旋涂仪的旋涂台上，调节转速为1500 r/min，用滴管向玻璃基板上滴注氧化锌前聚体溶液，旋涂时间为50s。
S4，将柔性转移模板置于已经旋涂成膜氧化锌前聚体上，将玻璃基板放置到热板上，保持150℃的同时施加1.8bar压力，在1 min后，移除柔性转移模板，得到厚度为100 nm的氧化锌薄膜，该薄膜上具有周期为400 nm、线宽为150 nm、槽深为80 nm且呈阵列分布的椭圆形纳米环状周期性结构的图案 (如图6所示，只显示阵列分布的一部分)。
实施方式3：
本实施方式提供了一种实施方式1或2中制备出的氧化锌薄膜在发光器件、有机太阳能电池、钙钛矿电池、光电探测、光场调控或纳米发电机领域中的应用。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制备纳米环状周期性结构的光刻胶母板，所述光刻胶母板上具有至少一个纳米环状周期性结构的图案，且各所述纳米环状周期性结构中均具有若干圆形或椭圆形的纳米环；
S2，使用所述光刻胶母板通过软纳米压印光刻技术制备纳米环状周期性结构的柔性转移模板；
S3，采用溶胶凝胶法在玻璃基板上旋涂氧化锌前聚体溶液；
S4，将所述柔性转移模板置于已经旋涂成膜的氧化锌前聚体上，加热加压后移除所述柔性转移模板，得氧化锌薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于：在所述S1中，所述光刻胶母板的制作步骤为：采用变频干涉光刻方法在厚度为800 nm正性光刻胶上曝光，然后在浓度为0.4%的氢氧化钠溶液中显影，得到所述光刻胶母板。
3.根据权利要求1所述的一种氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于：在所述S2中，将紫外光固化胶滴涂在所述光刻胶母板上，然后在所述紫外光固化胶上放置聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，施加压力的同时，采用351 nm的紫外光固化10 min，移除所述光刻胶母板，所述光刻胶母板上的纳米环状周期性结构转移到所述紫外光固化胶上，得所述柔性转移模板。
4.根据权利要求1所述的一种氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于：在所述S3中，所述氧化锌前聚体溶液的制备步骤为：将2 ml的甲氧基乙醇和220 mg的二水乙酸锌以及61μL的乙醇胺溶液放置于配液瓶中，再放入磁力搅拌子搅拌4h，得到所述氧化锌前聚体溶液。
5.根据权利要求1所述的一种氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于：在所述S4中，将所述柔性转移模板置于已经旋涂成膜的氧化锌前聚体上，将所述玻璃基板放置到热板上，保持150℃的同时施加压力，然后移除所述柔性转移模板，得所述氧化锌薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于：该薄膜上具有至少一个纳米环状周期性结构的图案，各所述纳米环状周期性结构中均具有若干纳米环；各所述纳米环的线宽均为40～200 nm，槽深均为40～80 nm，周期均为80～400 nm。
7.根据权利要求1所述的一种氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于，所述氧化锌薄膜的厚度为40～100 nm。
8.根据权利要求6或7所述的一种氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于，若所述氧化锌薄膜上具有多个所述纳米环状周期性结构的图案，则多个所述纳米环状周期性结构呈阵列分布。
9.根据权利要求6或7所述的氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于，所述纳米环为圆形或椭圆形；若所述纳米环为圆形，则各圆形的纳米环为同心圆纳米环。
10.一种如权利要求1至9中任一项所述的氧化锌薄膜在发光器件、有机太阳能电池、钙钛矿电池、光电探测、光场调控或纳米发电机领域中的应用。
CN201810195059.9A 2018-03-09 2018-03-09 氧化锌薄膜及其制备方法和应用 Active CN108461385B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810195059.9A CN108461385B (zh) 2018-03-09 2018-03-09 氧化锌薄膜及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810195059.9A CN108461385B (zh) 2018-03-09 2018-03-09 氧化锌薄膜及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108461385A CN108461385A (zh) 2018-08-28
CN108461385B true CN108461385B (zh) 2020-04-24

Family

ID=63219635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810195059.9A Active CN108461385B (zh) 2018-03-09 2018-03-09 氧化锌薄膜及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108461385B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112768621B (zh) * 2021-01-27 2022-03-08 福州大学 集成周期微凹面镜复合光提取结构

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1828426A (zh) * 2006-04-04 2006-09-06 吉林大学 一种构筑微米、亚微米结构表面的方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8647814B2 (en) * 2006-05-24 2014-02-11 Northwestern University Method of making nanopatterns and nanostructures and nanopatterned functional oxide materials
US9745645B2 (en) * 2015-02-26 2017-08-29 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Method of preparing silver nanoparticles and silver nanorings

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1828426A (zh) * 2006-04-04 2006-09-06 吉林大学 一种构筑微米、亚微米结构表面的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108461385A (zh) 2018-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220205920A1 (en) Methods for creating large-area complex nanopatterns for nanoimprint molds
CN102096134B (zh) 量子点植入反射式主动光栅及其制造方法
US10505156B2 (en) Method of patterning quantum dot layer, quantum dot light emitting device, and method of manufacturing the same
CN102157642A (zh) 一种基于纳米压印的高出光效率led的制备方法
US9039402B2 (en) Imprinting apparatus and method therefor
EP1594002A2 (en) Method for manufacturing large area stamp for nanoimprint lithography
JP6431106B2 (ja) ナノ構造材料の方法および素子
TW201513422A (zh) 具有凹凸構造之基板的製造方法
Szabó et al. Regular ZnO nanopillar arrays by nanosphere photolithography
WO2017181456A1 (zh) 纳米压印模板的制作方法及纳米压印模板
CN103779443B (zh) 超导纳米线单光子探测器的制备方法
CN108461385B (zh) 氧化锌薄膜及其制备方法和应用
WO2011134857A1 (en) Method of fabricating semiconductor quantum dots using nanoimprint lithography
Yao et al. Line width tuning and smoothening for periodical grating fabrication in nanoimprint lithography
CN204925614U (zh) 大面积微纳图形化的装置
Lee et al. Large-area nanoimprinting on various substrates by reconfigurable maskless laser direct writing
US20120168404A1 (en) Methods of fabricating nanoimprint stamp
CA2900452C (en) Roller device using suction roller, and production method for member having uneven structure and production method for organic electro-luminescence (el) element
KR20190042905A (ko) 블록 공중합체 템플릿을 이용한 단일 양자 입자 해상도를 갖는 양자 나노입자 배열 자기 조립 및 제작된 배열의 나노-전사 프린팅 방법
Zhang et al. Emerging intelligent manufacturing of metal halide perovskites
CN103594334A (zh) 采用afm纳米压印图形衬底生长定位量子点的mbe方法
Ding et al. The Fabrication of nanoimprinted P3HT nanograting by patterned ETFE mold at room temperature and its application for solar cell
US11860541B2 (en) Silicon-based nanowire, preparation method thereof, and thin film transistor
CN103367588A (zh) 在GaAs纳米线侧壁利用纳米环作为掩膜生长量子点的方法
CN102495526A (zh) 光学曝光方法及其用于制备硅材料竖直中空结构的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant