一种氧化锌纳米线阵列结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化锌纳米线阵列结构的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将氧化锌、石墨粉和第一掺杂剂的混合物经过研磨后置于管式炉中的石英管中，并向该石英管中通入惰性气体和氧气的混合气体，进行第一次化学气相沉积，在石英管内生长出的掺杂的氧化锌微米带；（2）将石英管内的掺杂的氧化锌微米带转移到硅片上，并将锌粉和第二掺杂剂的混合物经过研磨后置于所述掺杂的氧化锌微米带的上游处，然后一起放入管式炉的石英管中，并向该石英管中通入惰性气体和氧气的混合气体，进行第二次化学气相沉积。根据本发明专利技术获得的氧化锌纳米线阵列结构价格便宜，结构优异，尺寸较大；在光电器件制备和集成工艺中具有一定的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微纳米材料制备领域，具体地，本专利技术涉及。
技术介绍
氧化锌是一种重要的I1-VI族直接带隙宽禁带半导体，其带隙宽度达到3.37电子伏(eV)，激子束缚能高达60毫电子伏(meV)。此外，氧化锌还具有显著的压电效应和良好的生物相容性。氧化锌能够形成形貌非常丰富的纳米结构，这些纳米材料还表现出体相氧化锌材料所不具有的独特性能，如量子限域效应、量子隧道效应等，引起了人们的广泛关注，在紫外光探测器、激光器、纳米发电机、热电转换、生物医用、透明导电薄膜等领域有非常广阔的应用前景。 氧化锌纳米线阵列是一种重要的纳米结构，因为其一维纳米线结构可以作为激光器的天然光学谐振腔；其阵列结构可以有效的散射入射光，增加光吸收；其一维结构还可以作为优良的载流子迁移轨道，减少载流子复合；其巨大的比表面积可以有效增加其作为传感器时的灵敏度等。 因而近十年来人们对氧化锌纳米线阵列的制备及应用研究的兴趣与日俱增。 目前氧化锌纳米线阵列已经在多个领域，如激光器、纳米发电机、紫外光探测、发光二极管、太阳能电池等，得到了广泛应用。 目前采用化学气相沉积法制备氧化锌纳米线阵列中普遍使用蓝宝石、氮化镓、氮化铝或氮化铝镓等作为基底，这些基底一是本身都非常昂贵，二是氧化锌纳米线和基底的界面处会由于晶格失配导致结构缺陷的产生，对光电性能产生不利的影响；另外，生长在蓝宝石、氮化镓等基底上的氧化锌纳米线阵列与基底材料无法脱离开来，有时会对基于氧化锌纳米线阵列的器件与其它光电子器件的集成造成一定的困扰。
技术实现思路
本专利技术的目的为了克服现有技术制备氧化锌纳米线阵列结构的缺陷，提供一种氧化锌纳米线阵列结构的制备方法。 本专利技术提供了一种氧化锌纳米线阵列结构的制备方法，该方法包括以下步骤: (1)将氧化锌、石墨粉和第一掺杂剂的混合物经过研磨后置于管式炉中的石英管中，并向该石英管中通入惰性气体和氧气的混合气体，进行第一次化学气相沉积，在石英管内生长出的掺杂的氧化锌微米带； (2)将石英管内的掺杂的氧化锌微米带转移到硅片上，并将锌粉和第二掺杂剂的混合物经过研磨后置于所述掺杂的氧化锌微米带的上游处，然后一起放入管式炉的石英管中，并向该石英管中通入惰性气体和氧气的混合气体，进行第二次化学气相沉积。 在本专利技术中，首先利用化学气相沉积方法，以氧化锌、石墨粉和掺杂剂的混合物作为反应原料，先生长出掺杂的氧化锌微米带，然后，再以所获得的掺杂的氧化锌微米带作为基底，以锌粉和掺杂剂的混合物作为反应原料，依然采用化学气相沉积方法，从而在掺杂的氧化锌微米带上获得掺杂的氧化锌纳米线阵列结构。根据本专利技术获得的氧化锌纳米线阵列结构价格便宜，降低了制作成本，同时避免了由于氧化锌纳米线和基底材料之间晶格失配导致的结构缺陷，进而提高了氧化锌纳米线阵列的光电性能；另外，根据本专利技术制备的氧化锌纳米线阵列结构不依附于基底材料，便于转移，在光电器件制备和集成工艺中具有一定的优势。 本专利技术的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。 【附图说明】 附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中: 图1为本专利技术所用的化学气相沉积装置的示意图； 图2为本专利技术实施例1中制备的一种氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片，其中，纳米线阵列垂直于微米带的侧面生长； 图3为本专利技术实施例1中制备的一种氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片，其中，纳米线阵列与微米带侧面呈一定的角度生长； 图4为本专利技术实施例2中制备的一种氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片，其中，纳米线阵列垂直于微米带的侧面生长； 图5为本专利技术实施例2中制备的一种氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片，其中，纳米线阵列与微米带侧面呈一定的角度生长； 图6为本专利技术实施例3中制备的一种氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片，其中，纳米线阵列垂直于微米带的侧面生长； 图7为本专利技术实施例3中制备的一种氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片，其中，纳米线阵列与微米带侧面呈一定的角度生长； 图8为本专利技术实施例3中制备的氧化锌纳米线阵列结构的X射线粉末衍射(XRD)谱图； 图9和图10为对比例1制备的氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片； 图11和图12为对比例2制备的氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片； 图13为对比例3制备的氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片。 附图标记说明 1惰性气体 2氧气 3气体流量控制系统 4管式炉 5石英管6机械真空泵 【具体实施方式】 以下对本专利技术的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。 本专利技术提供了一种氧化锌纳米线阵列结构的制备方法，该方法包括以下步骤: (1)将氧化锌、石墨粉和第一掺杂剂的混合物经过研磨后置于管式炉中的石英管中，并向该石英管中通入惰性气体和氧气的混合气体，进行第一次化学气相沉积，在石英管内生长出的掺杂的氧化锌微米带； (2)将石英管内的掺杂的氧化锌微米带转移到硅片上，并将锌粉和第二掺杂剂的混合物经过研磨后置于所述掺杂的氧化锌微米带的上游，然后一起放入管式炉的石英管中，并向该石英管中通入惰性气体和氧气的混合气体，进行第二次化学气相沉积。 根据本专利技术，本专利技术所用的化学气相沉积装置的示意图如图1所示，具体地，首先，将氧化锌、石墨粉和第一掺杂剂的混合物经过研磨后置于管式炉4中的石英管5中，石英管5优选放置于管式炉4的中心位置，并向该石英管5中通过气体流量控制系统3通入惰性气体1和氧气2的混合气体，进行第一次化学气相沉积，在石英管5内生长出的掺杂的氧化锌微米带；其次，将石英管5内的掺杂的氧化锌微米带转移到硅片上，并将锌粉和第二掺杂剂的混合物经过研磨后置于所述掺杂的氧化锌微米带的上游，然后一起放入管式炉4的石英管5中，并向该石英管5中通过气体流量控制系统3通入惰性气体1和氧气2的混合气体，进行第二次化学气相沉积，其中，在该过程中，通过机械真空泵6抽真空。 根据本专利技术，所述第一掺杂剂和所述第二掺杂剂可以各为碱金属氯化物。 根据本专利技术，在步骤(1)中，即在制备掺杂的氧化锌微米带时，所述第一掺杂剂可以优选为氯化锂；而在步骤(2)中，即在制备氧化锌纳米线阵列结构时，所述掺杂剂可以优选为氯化钠。 根据本专利技术，所述氧化锌、石墨粉和掺杂剂的混合物首先经过研磨，研磨的目的主要是为了使原料混合均匀，故所述氧化锌、石墨粉和掺杂剂的混合物经研磨后的颗粒尺寸没有具体限定，优选情况下，所述氧化锌、石墨粉和掺杂剂的混合物经研磨后的颗粒尺寸可以为1-100微米；在本专利技术中，所述的颗粒尺寸指的是每个颗粒(即每个氧化锌、石墨粉和掺杂剂)上的两个不同点之间的最大直线距离，当该颗粒(即氧化锌、石墨粉和掺杂剂)为球形时，则颗粒尺寸指的是该氧化锌、石墨粉和掺杂剂的直径。 根据本专利技术，在步骤(1)中，氧化锌、石墨粉和第一掺杂剂的质量比可以为1-5:0.1-3:0.1-1，优选为 1-3:0.5-1.5:0.2-0.4。 根据本专利技术，在步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锌纳米线阵列结构的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将氧化锌、石墨粉和第一掺杂剂的混合物经过研磨后置于管式炉中的石英管中，并向该石英管中通入惰性气体和氧气的混合气体，进行第一次化学气相沉积，在石英管内生长出掺杂的氧化锌微米带；（2）将石英管内的掺杂的氧化锌微米带转移到硅片上，并将锌粉和第二掺杂剂的混合物经过研磨后置于所述掺杂的氧化锌微米带的上游处，然后一起放入管式炉的石英管中，并向该石英管中通入惰性气体和氧气的混合气体，进行第二次化学气相沉积。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌纳米线阵列结构的制备方法，该方法包括以下步骤: (1)将氧化锌、石墨粉和第一掺杂剂的混合物经过研磨后置于管式炉中的石英管中，并向该石英管中通入惰性气体和氧气的混合气体，进行第一次化学气相沉积，在石英管内生长出掺杂的氧化锌微米带； (2)将石英管内的掺杂的氧化锌微米带转移到硅片上，并将锌粉和第二掺杂剂的混合物经过研磨后置于所述掺杂的氧化锌微米带的上游处，然后一起放入管式炉的石英管中，并向该石英管中通入惰性气体和氧气的混合气体，进行第二次化学气相沉积。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一掺杂剂和所述第二掺杂剂各自为碱金属氯化物。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(I)中，所述第一掺杂剂为氯化锂；在步骤(2)中，所述第二掺杂剂为氯化钠。4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(I)中，氧化锌、石墨粉和第一掺杂剂的混合物经过研磨后的颗粒尺寸为1-100微米。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，在步骤(I)中，氧化锌、石墨粉和第一掺杂剂的质量比为 1-5:0.1-3:0.1-1，优选为 1-3:0.5-1.5:0.2-0.4。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺蒙，张俊涛，李建业，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11