CN1333117C - 一种在硅基底上生长定向准直氧化锌纳米棒阵列的方法 - Google Patents

一种在硅基底上生长定向准直氧化锌纳米棒阵列的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于纳米材料制备技术领域的一种在硅基底上直接生长定向准直氧化锌纳米棒阵列的方法。所用方法为化学气相沉积法，原料为乙酸锌。制备时，首先将镀有氧化锌薄膜的硅基底固定于反应容器之上，反应容器里盛有一定的量的乙酸锌，然后把反应容器置于管式炉中央的等温区。设定反应温度，然后启动管式炉升温至设定温度并保温一定时间，最后关闭管式炉，让样品随炉冷却到一定温度。此方法使用价格低廉的乙酸锌作为反应物，创造性地实现了在250℃低温并且不使用催化剂的条件下，在镀有氧化锌薄膜的硅基底上直接生长定向准直氧化锌纳米棒的阵列。在制造纳米电子器件和优良的光致发光和电致发光的半导器件等方面具有广泛的应用前景。

Description

一种在硅基底上生长定向准直氧化锌纳米棒阵列的方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种在硅基底上直接生长定向准直氧化锌纳米棒阵列的方法。
背景技术
氧化锌是能隙为3.37ev的具有光电性，压电性的半导体材料；是很有潜力的材料之一。最近几年来有大量的研究集中于一维氧化锌的结构的纳米棒、纳米带、纳米管、纳米线。它们可以广泛应用于传感器，光电器件，太阳能电池等领域。由于定向生长的准直氧化锌纳米棒具有优异的光电性能，压电性，场发射性能，可以用于制备发光二极管，激光，传感器，纳米共鸣器件，场发射器件等等。
目前实现定向生长氧化锌纳米棒的方法主要为几种不同的化学气相沉积方法。经常使用的反应物为氧化锌与石墨粉末的混合物以及锌盐和石墨粉末的混合物。过去实验往往需要催化剂，并且由于反应条件限制其制备过程的最低温度不低于500℃。本发明使用价格低廉的乙酸锌作为反应物，创造性地实现了在250℃低温并且不使用催化剂的条件下，在镀有氧化锌薄膜的硅基底上直接生长定向准直氧化锌纳米棒的阵列。
发明内容
本发明的目的是提供一种在硅基底上直接生长定向准直氧化锌纳米棒阵列的方法。其特征在于：在石英真空管式炉中，以乙酸锌(ZnO2C2H3)为反应物，采用化学气相沉积法在晶向为(001)或者(111)的镀氧化锌的硅基底上直接生长定向准直氧化锌纳米棒阵列；具体制备步骤如下：
(1)将(111)或(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干；
(2)在单晶硅上磁控溅射一层氧化锌薄膜；
(3)在反应容器中添加0.1g～0.5g乙酸锌；
(4)将镀有氧化锌薄膜的单晶硅基底用夹子固定在反应容器的气流出口的孔径为1.5cm的铁丝网面上；
(5)设定反应温度250℃～300℃，启动管式炉升温至预定温度并保温10分钟；
(6)关闭管式炉，让样品随炉冷却，等降为室温后，取出反应容器，取下样品并保存。
本发明的有益效果是本发明提出的制备方法主要在镀有氧化锌薄膜的硅基底上，通过控制反应容器反应物的质量数以调节氧化锌气相在反应容器中的分压和设定反应温度，使用价格低廉的乙酸锌作为反应物，实现了在250℃低温并且不使用催化剂的条件下直接生长定向准直氧化锌纳米棒的阵列。
附图说明
图1(a)、(b)在镀有氧化锌硅基底上的定向准直氧化锌纳米棒阵列侧面的SEM图像。
图2在镀有氧化锌的硅基底上的定向准直氧化锌纳米棒阵列的SEM图像。
具体实施方式
本发明提供一种在硅基底上直接生长定向准直氧化锌纳米棒阵列的方法。在石英真空管式炉中，以乙酸锌(ZnO2C2H3)为反应物，采用化学气相沉积法在晶向为(001)或者(111)的镀有氧化锌的硅基底上直接生长定向准直氧化锌纳米棒阵列；
具体制备步骤如下：
(1)将(111)或(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干；
(2)在单晶硅上磁控溅射一层氧化锌薄膜；
(3)在反应容器中添加0.1g～0.5g乙酸锌；
(4)将镀有氧化锌薄膜底的单晶硅基底用夹子固定在反应容器的气流出口的孔径为1.5cm的铁丝网面上；
(5)设定反应温度250℃～300℃，将管式炉升温至预定温度并保温10分钟；
(6)关闭管式炉，让样品随炉冷却，等降为室温后，取出反应容器，取下样品并保存。
下面的实施例旨在举例说明本发明，而不是要以任何方式限制本发明。
实施例1
(1)将(111)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干，然后在该基底上磁控溅射一层氧化锌的薄膜；
(2)在反应容器中放置0.1g的乙酸锌；
(3)用夹子把镀有氧化锌薄膜的单晶硅基底固定在孔径为1.5cm铁丝网上；
(4)把反应容器送入管式炉底中央等温区，设定管式炉目标温度为250℃；
(5)启动管式炉升温至250℃，并保温10分钟；
(6)关闭管式炉，让样品随炉冷却至室温后，取出反应容器并取下样品加以保存。
实施例2
(1)将(111)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干，然后在该基底上磁控溅射一层氧化锌的薄膜；
(2)在反应容器中放置0.15g的乙酸锌；
后面步骤与实施例1相同。
实施例3
(1)将(111)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干，然后在该基底上磁控溅射一层氧化锌的薄膜。
(2)在反应容器中放置0.3g乙酸锌。
(3)用夹子把镀有氧化锌薄膜的单晶硅基底固定在孔径为1.5cm铁丝网上。
(4)把反应容器送入管式炉底中央等温区，设定管式炉的目标温度为250℃。
(5)启动管式炉升温至250℃，并保温10分钟。
(6)关闭管式炉，让样品随炉冷却至室温后，取出反应容器并取下样品加以保存。
实施例4
(1)将(111)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干，然后在该基底上磁控溅射一层氧化锌的薄膜。
(2)在反应容器中放置0.5g乙酸锌。
后面步骤与实施例3相同。
实施例5
(1)将(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干，然后在该基底上磁控溅射一层氧化锌的薄膜。
后面步骤与实施例1相同。
实施例6
(1)将(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干，然后在该基底上磁控溅射一层氧化锌的薄膜。
(2)在皮应容器中放置0.5g乙酸锌。
后面步骤与实施例5相同。
实施例7
(1)将(111)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干，然后在该基底上磁控溅射一层氧化锌的薄膜。
(2)在反应容器中放置0.1g乙酸锌。
(3)用夹子把镀有氧化锌薄膜的单晶硅基底固定在孔径为1.5cm铁丝网上。
(4)把反应容器送入管式炉底中央等温区，设定管式炉的目标温度为300℃。
(5)启动管式炉升温至300℃，并保温10分钟。
(6)关闭管式炉，让样品随炉冷却至室温后，取出反应容器并取下样品加以保存。
实施例8
(1)将(111)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干，然后在该基底上磁控溅射一层氧化锌的薄膜。
(2)在反应容器中放置0.5g乙酸锌。
后面步骤与实施例7相同。
实施例9
(1)将(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干，然后在该基底上磁控溅射一层氧化锌的薄膜。
(2)在反应容器中放置0.1g乙酸锌。
(3)用夹子把镀有氧化锌薄膜的单晶硅基底固定在孔径为1.5cm铁丝网上。
(4)把反应容器送入管式炉底中央等温区，设定管式炉的目标为300℃。
(5)启动管式炉升温至300℃，并保温10分钟。
(6)关闭管式炉，让样品随炉冷却至室温后，取出反应容器并取下样品加以保存。
实施例10
(1)将(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干，然后在该基底上磁控溅射一层氧化锌的薄膜。
(2)在反应容器中放置0.5g乙酸锌。
后面步骤与实施例9相同。
上面各实施例所得定向准直氧化锌纳米棒阵列的结构，如图1(a)、(b)所示的在镀有氧化锌硅基底上的定向准直氧化锌纳米棒阵列侧面的SEM图像。如图2所示的在镀有氧化锌的硅基底上的定向准直氧化锌纳米棒阵列的SEM图像.

Claims (1)

1.一种在硅基底上直接生长定向准直氧化锌纳米棒阵列的方法，其特征在于：在石英真空管式炉中，以乙酸锌为反应物，采用化学气相沉积法在晶向为(001)或者(111)的镀有氧化锌的硅基底上直接生长定向准直氧化锌纳米棒阵列；具体制备步骤如下：
(1)将(111)或(001)晶向的硅基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干；
(2)在单晶硅上磁控溅射一层氧化锌薄膜；
(3)在反应容器中添加0.1g～0.5g乙酸锌；
(4)将镀有氧化锌薄膜的单晶硅基底用夹子固定在反应容器的气流出口的孔径为1.5cm的铁丝网面上；
(5)设定反应温度250℃～300℃，启动管式炉升温至预定温度并保温10分钟；
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