CN204874727U - 适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的部件及装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的部件及装置，应用于纳米线制备技术领域，所述部件包括至少包括一硅衬底和供盛放化学反应物的舟，所述硅衬底任一端面上制备有一粗糙表面，且所述硅衬底制备有粗糙表面的一面朝向供盛放化学反应物的舟进行放置；而所述装置则包括一真空管式炉和所述部件，所述部件放置于真空管式炉内。利用本实用新型提供的部件和装置来进行纳米线阵列制备时，既不需要在硅衬底上镀金属催化剂，不需要沉积氧化锌籽晶层，也不需要用光刻和刻蚀来制备沟槽结构，而直接在硅衬底上大规模长出高密度的氧化锌纳米线，从而简化了制备工序，并实现大规模氧化锌纳米线的制备。
Description
技术领域
本实用新型涉及纳米线制备领域，特别是涉及一种适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的部件及装置。
背景技术
纳米线在在电子、光电子及纳电子机械器械领域中有重要的应用意义，现有的制备纳米线的方法主要有以下几种：
现有方案一，在文献[1][H.Hametal,ChemicalPhysicsLetters,404(2005)69–73]中有报导在硅片上实现无催化剂生长氧化锌纳米线的方法，此方法采用高温热蒸发高纯度金属锌粉末，与载气中的氧气反应在硅片上实现氧化锌纳米线阵列的生长，实验设计如图1所示：
现有方案一的缺点是在制备工艺中首先需要使用高纯度锌粉作为锌源，由于高纯度金属锌粉末价格远高于氧化锌粉末，同时高纯度金属锌粉末的化学活性非常高，容易与空气中的氧气和水分反应而氧化，所以金属锌粉的保存也是一个挑战。该方法的另外一个问题就是氧化锌纳米线在硅的基板上生长缓慢，需要更长的生长时间。此方法的这些问题都增加了氧化锌纳米线制备的的复杂性和成本。
现有方案二
在文献[2][S.T.Hoetal,ChemistryofMaterials2007,19,4083-4086]中提供了一种在硅片上用化学刻蚀或者机械摩擦的方法在硅片上创造出一些缺陷，然后使用高纯度锌粉与氧气在高温下反应在硅基板上实现氧化锌纳米线的生长。硅衬底上的缺陷为氧化锌纳米线提供了形核位置，从而在硅衬底上长出氧化锌纳米线。
现有方案二也是采用高纯度金属锌作为原料，高纯度金属锌粉末的化学活性非常高，容易与空气中的氧气和水分反应而氧化，所以金属锌粉的保存也是一个挑战。该方法的另外一个问题就是氧化锌纳米线在硅的基板上生长缓慢，需要更长的生长时间，。同时化学刻蚀的方法需要复杂的工艺，尤其需要氢氟酸或者是强碱作为刻蚀剂需要采取非常复杂的防护措施；而机械摩擦的方法可控性差，这些都增加了制备工艺的复杂性和不可控性。
现有方案三
实用新型人在文献[W.Q.Luetal,PhysicalChemistryChemicalPhysics,vol.15,pp.13532-13537,2013.]中，提供了了一种无催化剂在硅电极上横向长出氧化锌纳米线的方法。该方法采用预先刻好沟槽的硅衬底，以石墨和氧化锌粉的混合物作为原料，在硅表面的刻蚀的沟槽边缘上横向长出氧化锌纳米线。氧化锌纳米线优先在沟槽的边缘上形核生长，从而形成了横向生长的氧化锌纳米线阵列。
实用新型人发现，在现有方案三中需要采用光刻和刻蚀在硅表面制备出沟槽结构来促进氧化锌纳米线的形核，同时该方法长出氧化锌的纳米线倾向于横向生长，适合加工氧化锌纳米线的桥连结构，而氧化锌纳米线的密度取决沟槽结构的尺寸，因而该方法制备的氧化锌纳米线的密度偏低，不适合大规模制备氧化锌纳米线。因此，如果要进行大规模地制备高密度的氧化锌纳米线，还需要对现有技术作进一步地改进。
综上来看，现有技术虽然都能够制备出纳米线，不过在制备时间和效果上，都不适于进行大规模地快速制备高密度的氧化锌纳米线，因此还需要作进步地改进。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的部件及装置，用于避免现有制备技术中容易造成金属污染以及解决加工和制备工艺复杂的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供以下技术方案：
一种适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的部件，至少包括一硅衬底和供盛放化学反应物的舟，所述硅衬底任一端面上制备有一粗糙表面，且所述硅衬底制备有粗糙表面的一面朝向供盛放化学反应物的舟进行放置。
优选地，所述粗糙表面由采用反应离子刻蚀的方法在硅衬底上制得。
另外，本实用新型还提供了一种适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的装置，包括一用于在采用高温化学气相沉淀方法条件下来制备氧化锌纳米线阵列的真空管式炉和上述方案中的所述部件，所述部件放置于所述真空管式炉内。
优选地，所述部件中的舟内盛放有氧化锌粉和碳材料的物理混合物。
优选地，所述碳材料为金刚石颗粒或者纳米金刚石颗粒。
先对现有技术，本实用新型提供的部件和装置，区别于已有的基于硅衬底氧化锌纳米线制备方法，在采用所述部件或装置进行制备纳米线阵列时，既不需要金属催化剂，也不需要预先镀氧化锌薄膜籽晶层，更不需要制备沟槽结构，而直接大规模长出氧化锌纳米线，从而避免了造成金属污染或者使处理工序复杂化的趋势。
附图说明
图1显示为本实用新型提供的适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的部件的原理图。
图2显示为本实用新型提供的一种适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的装置的示意图。
附图标号说明
1硅衬底
11粗糙表面
2舟
3真空管式炉
4化学反应物
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
请参见图1，给出了本实用新型提供的适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的部件的原理图，以下将对所述方法的技术方案进行详细地说明。如图所示，所述部件至少包括一硅衬底1和供盛放化学反应物的舟2，其中，硅衬底1任一端面上制备有一粗糙表面11，且硅衬底1制备有粗糙表面11的一面朝向供盛放化学反应物4的舟2进行放置。
在具体实施中，衬底上的粗糙表面11是采用反应离子刻蚀的方法制得，这种方式最简单，而且也最环保。不过，需要理解的是，上述方案中是采用反应离子刻蚀方法来在衬底上制备得粗糙面，这是一种优选实施方式，在具体的实施中，也可以采用手工摩擦的方式来制备粗糙面，或者采用化学腐蚀的方式来制备粗糙面。
实施例2
在本实施例中，请参见2，给出了一种适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的装置的示意图，如图所示，所述装置包括一用于用于在采用高温化学气相沉淀方法条件下来制备氧化锌纳米线阵列的真空管式炉3和前述实施例1中的所述部件，所述部件放置于所述真空管式炉3内。
在具体实施中，可以利用装置来利用高温化学气相沉积的方法进行纳米线阵列的制备，此时，所述部件中的舟2内盛放化学反应物4有氧化锌粉和碳材料的物理混合物，一般地，所述碳材料可以优选为金刚石颗粒或者纳米金刚石颗粒。
在具体是实施中，实用新型人之前公开了一种用于在硅电极上制备横向纳米线网的反应装置，利用该公开的方案可以在衬底上横向生长纳米线，不过在利用该装置制备得到纳米线密度很小。该装置对于本实用新型提供的适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的部件和装置是完全不同的。因为对于本领域技术人员是很难想到采用粗糙表面11结构来作为氧化锌纳米线阵列的生长基底，理由是：第一，粗糙表面11和之前装置的衬底上周期性纳米柱的加工方式有很大的不一样，制造纳米柱子通常需要在其他衬底表面生长出一层硅，然后采用光刻和湿法刻蚀或者干刻蚀工艺来制备出硅的柱子；而本实用新型所采用的方法非常简单，只需要直接在任意硅的基底上采用反应离子刻蚀的方法创造出一个粗糙的表面。第二，加工硅基柱子来生长氧化锌纳米线时，氧化锌纳米线只是优先在柱子四周的边缘上形核和生长，比较适合生长相互交叉的氧化锌纳米线网状结构，而在反应离子刻蚀过的硅片上，粗糙的硅表面为氧化锌纳米线提供足够的形核位置，因而可以形成高密度的竖直的氧化锌纳米线阵列。所以，之前的装置对于本实用新型在技术上不存在明显的启发，同时在技术效果上区别也很明显，本实用新型具有意想不到的效果。
综上所述，本实用新型提供的部件和装置，利用在硅衬底1上创造出一个粗糙的表面，为氧化锌纳米线形核提供条件，然后采用在高温化学气相沉积的方法，在整个硅衬底1面上实现了致密氧化锌纳米线阵列的生长，不需要镀金膜作为催化剂，也不需要预先沉积籽晶层，而且制备过程可控，简化了氧化锌纳米的制备工艺，降低制备成本；在真正意义上实现氧化锌与硅工艺的融合，为实现氧化锌纳米线在纳电子和光电领域真正意义上的大规模应用提供了一个简捷的方法。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (5)
1.一种适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的部件，至少包括一硅衬底和供盛放化学反应物的舟，其特征在于：所述硅衬底任一端面上制备有一粗糙表面，且所述硅衬底制备有粗糙表面的一面朝向供盛放化学反应物的舟进行放置。
2.根据权利要求1所述的适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的部件，其特征在于：所述粗糙表面由采用反应离子刻蚀的方法在硅衬底上制得。
3.一种适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的装置，其特征在于：包括一用于在采用高温化学气相沉淀方法条件下来制备氧化锌纳米线阵列的真空管式炉和权利要求1或2所述的部件，所述部件放置于所述真空管式炉内。
4.根据权利要求3所述的适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的装置，其特征在于，所述部件中的舟内盛放有氧化锌粉和碳材料的物理混合物。
5.根据权利要求4所述的适用于大规模制备氧化锌纳米线阵列的装置，其特征在于，所述碳材料为金刚石颗粒或者纳米金刚石颗粒。
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