[发明专利]形成基于氧化物的纳米结构材料的方法

说明书

相关专利申请的交叉参考

本申请要求向韩国知识产权局于2006年12月5日申请的韩国专利申请No.10-2006-0122630，以及于2007年4月13日申请的韩国专利申请10-2007-0036582的权益，在此并入其全部公开内容作为参考。

技术领域

本发明涉及一种形成基于氧化物的纳米结构材料的方法，更具体地，涉及一种利用过渡金属或半金属的氧化物形成纳米结构材料的方法。

背景技术

包含金属或非金属元素的基于氧化物的纳米结构材料潜在地可应用于例如场效应晶体管(FET)、单电子晶体管(SET)、光电二极管、生化传感器和逻辑电路的纳米电子器件领域。因此，已经在多种技术领域实施了纳米结构材料的性质和及其形成方法的研究。

根据形成基于氧化物的纳米结构材料的常规方法，利用溅射或热蒸发在衬底之上沉积例如Au、Ag、Pd和Pt的贵金属而形成纳米级贵金属薄膜，之后使衬底退火而形成贵金属颗粒或贵金属簇。之后，利用贵金属颗粒或贵金属簇作为核，通过物理或化学工艺从衬底生长基于氧化物的纳米结构材料。

但是，这种常规的形成基于氧化物的纳米结构材料的方法复杂并且需要大面积衬底，因而还要求大规模设备来生长基于氧化物的纳米结构材料。

另外，作为形成起核作用的贵金属纳米颗粒，和之后从那里生长基于氧化物的纳米结构材料的复杂工艺的结果，贵金属作为杂质残留于所得到的基于氧化物的纳米结构材料中。另外，制造成本由于贵金属而增加。所以，限制了基于氧化物的纳米结构材料的大规模生产。

另外，因为它们具有不同的组成，所以在贵金属颗粒或贵金属簇与基于氧化物的纳米结构材料之间的连接是不完全的，且掺杂剂不容易注入到所得到的纳米结构中。具体地，虽然用于纳米结构材料中的材料本身具有优异的电学性质，但根据用作核的贵金属的平面指数(plane index)不容易控制纳米结构材料的生长速率、尺寸和形状。因此，基于氧化物的纳米结构材料不能具有均匀的组成、形状和尺寸，同样不具有稳定的性质。因此，由于依照常规方法形成的基于氧化物的纳米结构材料提供不稳定的电学性质，所以应用到集成高速电子电路也就受到限制。

发明内容

本发明提供一种形成基于氧化物的纳米结构材料的方法，其通过生长没有杂质的基于氧化物的纳米结构材料，以低成本实现了具有均匀组成的基于氧化物的纳米结构材料，且提供适于最小化和集成电子电路应用的稳定的电学特性。

根据本发明的一方面，提供一种形成基于氧化物的纳米结构材料的方法，该方法包括：

在衬底上涂布溶液，该溶液包含(a)含有作为过渡金属或半金属的M的有机前体和(b)溶解该有机前体的有机溶剂；

通过使涂有该溶液的衬底退火而在该衬底上形成组成为M_xO_y的纳米核，其中x是1-3的整数，y是1-6的整数；

通过在向纳米核中提供含有M的反应前体的同时生长纳米核而形成组成为M_xO_y的纳米结构材料，其中x是1-3的整数，y是1-6的整数；以及

使该纳米结构材料退火。

该溶液可以通过以1∶1-1∶5000的体积比混合有机前体和基于醇的有机溶剂制得。

该溶液在衬底上的涂布可以利用浸渍、旋涂或喷涂进行。

涂有该溶液的衬底的退火可以在50-500℃的温度范围内进行1秒-1小时。

形成该纳米结构材料可利用选自溅射、热化学气相沉积、金属-有机CVD(MOCVD)、气-液-固相外延(VSLE)、脉冲激光沉积(PLD)和溶胶-凝胶工艺中的工艺以生长纳米核进行。

纳米结构材料的退火可以在100-1200℃的温度范围内进行1分钟-24小时。

纳米结构材料可以具有纳米线形状、纳米棒形状或纳米壁(nano-wall)形状。

依照本发明的形成基于氧化物的纳米结构材料的方法，因为利用具有与所需的基于氧化物的纳米结构材料相同组成的纳米核生长基于氧化物的纳米结构材料，所以该纳米结构材料不含杂质。另外，通过由使用湿法化学工艺来形成纳米核的低制造成本的简单工艺，能够形成具有优异结晶特性的基于氧化物的纳米结构材料。因此，在应用到最小化和集成的电子电路时，依照本发明形成的该基于氧化物的纳米结构材料可以提供均匀的连接，还可以提供稳定的电学和光学性质。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例性实施方案，本发明的上述和其他特征以及优点将变得更显著，其中：