【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及生产在固体支撑体上外延生长的(110)zno的自组装一维微晶层以便形成材料，以及这样的材料的不同应用，特别是在催化、电子学和光子学领域中。
技术介绍
1、氧化锌具有化学式zno，由于其独特的特性和大量的应用是世界上研究最多的半导体材料之一。氧化锌是以其块状形式的折射率为2的透明材料。它是大间隙n型半导体，其自然导电性是由于间隙锌原子和氧空位的存在。它在室温下具有3.37ev的直接宽带隙。当掺杂铝或镁时，氧化锌在其导电性方面具有明显增加，同时保持其透明度以及化学和热稳定性[1]。因此，氧化锌已被提议作为用于制造光伏电池中透明且导电的电极的合适材料[2]，并且作为有机发光二极管的阳极和液晶显示器中氧化铟锡(ito)的天然替代品[3]。此外，zno具有优异的光催化和催化活性[4]，尤其是以介晶形式[5-6]，并且以纳米线形式对气体检测已经证明了高灵敏度[7]。
2、氧化锌zno可以主要按照三种结构(即闪锌矿、岩盐和纤锌矿)结晶。它是纤锌矿结构，属于六边形网状体系，其在热力学上是最稳定的，并因此最常见。在所述形式中，zno的晶格参数如下：α＝β＝90°和γ＝120°。
3、呈其纤锌矿形式的氧化锌zno由于形成其的锌和氧四面体的非中心对称特征而沿着六边形体系的[0001]方向表现出自发极化，这引起显著的压电、热电、光学和催化特性。这样的极性方向包括在热力学上最稳定的平面，因此通常在薄膜中观察到的zno晶体的优选取向对应于织构(0001)。这样的沿着极轴的优选取向和zno的压电特性由于其压电特性使
4、因此，对于开发用于实现zno薄膜、粉末和纳米结构的晶体取向和各向异性特性的控制的负担得起的合成方法具有相当大的兴趣，这对于其不同应用非常有用。
5、已经提出了用于制备氧化锌zno的不同方法，例如在真空下和使用金作为催化剂的化学气相沉积(cvd)[12]。在所述方法中，用于制备zno纳米结构的唯一常规方法是水热合成[13]，其涉及在多晶种子层上生长一维zno纳米晶体，如toea等的科学出版物“effectof zno seed layer on the growth of zno nanorods on silicon substrate”中所述[14]。所述方法仅可以用于zno纳米线和微米线(其纵轴在衬底的平面外)在不同技术衬底上沿着极轴的垂直且织构化的生长，而不能用于其在硅衬底上不同取向的直接异质外延[15-16]。
6、上文所述的问题激发了以在zno薄膜和纳米结构中非极性平面生长为目的的研究。工作集中于使用具有不同对称性的衬底以及衬底与zno之间的界面约束[17-24]。
7、然而，任何上述方法均不能容易地并且在不使用催化剂或种子层或真空的情况下用于实现以单一、完全受控的取向在硅上外延生长的平面zno一维微晶(纵轴平行于衬底平面)的自组装。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，申请人开发了一种多层材料，包括：
2、-至少部分涂覆有织构化的(100)α-石英缓冲层的固体支撑体，其α-石英的[100]晶向平行于硅(100)的晶向[100]；以及
3、-在所述(100)α-石英缓冲层上的外延生长的(110)zno的一维微晶的层(或外延生长的zno微米线)，所述微晶是自组装的。
4、如本专利技术所定义的，自组装的微晶是指以其纵轴位于与石英缓冲层的平面平行的平均平面中这样的方式布置并且其沿着由石英层限定的两个彼此垂直的方向取向的微晶。
5、根据本专利技术的一个特定的实施方案，α-石英缓冲层可以包括在其上进行zno微米线的生长的受控结晶，以控制其在硅衬底上的密度和分布。
6、有利地，外延生长的(110)zno的一维微晶的厚度可以为30nm至1.5μm，并且可以优选为约750nm。
7、有利地，外延生长的(110)zno的一维微晶的长度可以为5nm至30μm，并且可以优选为约11μm。
8、作为固体支撑体，对于根据本专利技术的材料，可以有利地使用由选自以下的材料制成的固体支撑体：硅、固体石英、云母、刚玉、二氧化锗、氧化镁、钛酸锶srtio3、laalo3、铌酸锂、钽酸锂、氧化铈、钆和铈混合氧化物ce(1-x)gdxo2(其中x是使得0<x<1)、铝酸镧、氮化镓、钇掺杂的二氧化锆和正磷酸镓。
9、优选地，将使用单取向的晶体硅(100)的固体支撑体作为固体支撑体。
10、有利地，微晶形成织构化的微观结构，导致表面粗糙度为50nm至500nm。
11、有利地，外延生长的(110)zno的一维微晶可以覆盖所述固体支撑体的(100)α-石英缓冲层的表面的至少40％。所述表面覆盖率可以有利地大于所述缓冲层的表面的40％，并且可以达到所述表面的高达90％。
12、由于zno所固有的压电、光子、荧光和催化特性以及通过根据本专利技术的制造方法提供的用于在衬底上合成平面微米丝形式的zno的可能性，根据本专利技术的多层材料可以用于数个
的工业中。
13、由此，在根据本专利技术的多层材料包括单取向的晶体硅(100)的固体支撑体的情况下，本专利技术的主题是根据本专利技术的多层材料在选自以下的电子器件中的用途：mems、机电材料、压电组件、能量收集器、光电探测器、机械波专用的滤波振荡器、机械波转电磁波换能器、加速度和角速度传感器、质量传感器、或气体传感器。
14、在根据本专利技术的固体支撑体多层材料不一定是单取向的晶体硅(100)的情况下，本专利技术的另一个主题是根据本专利技术的多层材料用于以下的用途：
15、-制造可见光范围内的波导(由此利用zno的非线性光学和荧光特性)，或
16、-制造负载型催化剂，在存在或不存在贵金属的情况下，或
17、-作为外延模板：根据依据本专利技术的方法合成的zno的结晶度增强了某些晶体的外延生长，同时保持相同的原始形态。
18、在根据本专利技术的固体支撑体多层材料不一定是单取向的晶体硅(100)的情况下，本专利技术的另一个主题是根据本专利技术的多层材料用于制造透明且导电的电极以及使用所述透明且导电的电极制造电子器件的用途。更特别地，这样的电极可以用于制造其中需要可控尺寸的透明微电极的不同电子器件，例如在光伏电池中。
19、然而，对于这样的应用，优选固体支撑体由单取向的晶体硅(100)制成。
20、本专利技术的另一个主题是包括根据本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多层材料(1)，包括：
2.根据权利要求1所述的多层材料(1)，其中所述外延生长的(110)ZnO的一维微晶的厚度为30nm至1.5μm，并且优选为约750nm。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的多层材料(1)，其中所述外延生长的(110)ZnO的一维微晶的长度为5nm至30μm，并且优选为约11μm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多层材料(1)，其中所述固体支撑体(2)为选自以下的材料：硅；固体石英；云母；刚玉；二氧化锗；氧化镁；钛酸锶SrTiO3；LaAlO3；铌酸锂；钽酸锂；氧化铈；钆和铈混合氧化物Ce(1-x)GdxO2，其中x使得0<x<1；铝酸镧；氮化镓；钇掺杂的二氧化锆和正磷酸镓。
5.根据权利要求4所述的多层材料(1)，其中所述固体支撑体(2)由单取向的晶体硅(100)制成。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的多层材料(1)，其中所述外延生长的(110)ZnO的一维微晶覆盖所述固体支撑体(2)的所述(100)α-石英缓冲层的表面积的至少40％。
7.根据权利要
8.根据权利要求1至5中任一项所限定的多层材料(1)用于制造可见光范围内的波导，在存在或不存在贵金属的情况下用于制造负载型催化剂，或者作为外延模板的用途。
9.根据权利要求1至5中任一项所限定的多层材料(1)用于制造透明且导电的电极以及使用所述透明且导电的电极制造电子器件的用途。
10.一种制造根据权利要求1至5中任一项所限定的多层材料(1)的方法，包括以下步骤：
11.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤B)期间，使用硝酸锌，并且优选以0.1M的比例存在于所述第一组合物中的Zn(NO3)2·6H2O，作为ZnO前体。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的方法，其中在步骤C)期间，使用式(CH2)6N4的六亚甲基四胺(HTMA)作为所述第二组合物中所包含的所述杂环有机化合物。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中在步骤C)期间，向所述第二组合物中添加选自pH控制剂，pH控制剂(例如HCl)，结构化剂或改性剂，或者甚至孔隙率促进剂例如聚合物、季铵和尿素的一种或复数种添加剂。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中在同一衬底上重复一次或更多次所述步骤G)和所述步骤H)。
15.一种呈压电共振膜形式的微机电系统，包括根据权利要求1至6中任一项所限定的多层材料(1)。
16.一种通过使用酸溶液的受控化学蚀刻来使根据权利要求1至6中任一项所限定的多层材料(1)纳米结构化的方法。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种多层材料(1)，包括：
2.根据权利要求1所述的多层材料(1)，其中所述外延生长的(110)zno的一维微晶的厚度为30nm至1.5μm，并且优选为约750nm。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的多层材料(1)，其中所述外延生长的(110)zno的一维微晶的长度为5nm至30μm，并且优选为约11μm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多层材料(1)，其中所述固体支撑体(2)为选自以下的材料：硅；固体石英；云母；刚玉；二氧化锗；氧化镁；钛酸锶srtio3；laalo3；铌酸锂；钽酸锂；氧化铈；钆和铈混合氧化物ce(1-x)gdxo2，其中x使得0<x<1；铝酸镧；氮化镓；钇掺杂的二氧化锆和正磷酸镓。
5.根据权利要求4所述的多层材料(1)，其中所述固体支撑体(2)由单取向的晶体硅(100)制成。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的多层材料(1)，其中所述外延生长的(110)zno的一维微晶覆盖所述固体支撑体(2)的所述(100)α-石英缓冲层的表面积的至少40％。
7.根据权利要求5中所限定的多层材料(1)在选自以下的电子器件中的用途：mems、机电材料、压电组件、能量收集器、光电探测器、机械波专用的滤波振荡器、机械波转电磁波换能器、加速度和角速度传感器、质量传感器、或气体传感器。
8.根据权利要求1至5中任一项所限定的多层材料(1)用...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿德里安·卡雷特罗，达维德·桑切斯富恩特斯，洛伦索·加西亚，里卡多·加西亚，萨米尔·布伊斯里，哈维尔·莫拉尔维科，
申请(专利权)人：国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：
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