[发明专利]在硅片上复合ZnO锥状纳米结构的半导体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子材料、半导体材料与器件技术领域，具体地说是一种在硅衬底上生长ZnO锥状纳米结构的半导体材料及其制备方法。

背景技术

ZnO是一种直接带隙的宽禁带半导体，并且具有较大的激子束缚能，在光电子器件中有很大的应用前景，又由于其热稳定性，高机械强度和化学稳定性等特殊性质，引起了人们对其纳米结构的场发射特性研究的兴趣。

近来，人们利用各种方法(溶液法，分子束外延，脉冲激光沉积，金属有机物化学气相沉积等)制备出了各种不同的一维ZnO纳米结构，例如纳米线，纳米带，纳米针，纳米铅笔，纳米棒等，并对这些纳米结构的光电特性进行了研究。但是能应用于大规模生产的方法很少，且反应条件苛刻，生产成本高昂。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种在硅衬底上复合ZnO锥状纳米结构的半导体材料，即采用醋酸锌(Zn(CH₃COO)₂)水溶液加入氨水置于高压釜中反应，得到ZnO锥状纳米结构。

本发明的第二个目的在于提供上述材料的制备方法，以解决现有ZnO纳米材料制备方法条件苛刻，成本高的问题，提供一种低成本，高重复性，适用于大规模工业生产的新方法。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种在硅片上复合ZnO锥状纳米结构的半导体材料，包括衬底，其特点在于该衬底采用硅片，该衬底表面生长有ZnO晶体；所述的ZnO晶体沿垂直于硅衬底方向生长。

上述的ZnO晶体为六角纤锌矿尖锥型结构，长度为5～10μm，底端直径为3～6μm，尖端为100～150nm。

制备上述半导体材料的方法包括以下具体步骤：

a、配置反应溶液：将醋酸锌(Zn(CH₃COO)₂)粉末溶于水中，再加入氨水，调节溶液的pH值范围在7.2～8。

b、在硅片上生长ZnO锥状纳米结构：先将清洗干净的硅片放入高压釜中，再将上述的溶液倒入高压釜，将高压釜密封好后放入鼓风干燥箱，在50～70℃温度下保持反应5～7小时，自然降温后即可制得所需材料。

所述反应是在密封的高压釜中进行的。

本发明与现有技术相比，具有成本低，生长温度低，重复性高等优点，且生成的ZnO锥状纳米结构具有纳米级的尖端，底部是六角状结构，其独特的构造，使得它可用于高效的场发射材料，且可用于制作各种精密仪器的探头。且本发明采用硅片作为衬底，将ZnO锥状纳米结构生长在硅衬底上，可结合目前成熟的半导体硅集成电路工艺，适合于集成纳米光电子器件的发展。

附图说明

图1是锥状纳米结构的X射线衍射图

图2是大量锥状纳米结构的SEM图

图3是锥状纳米结构的放大倍数的SEM图

具体实施方式

实施例1

a、配置反应溶液：将醋酸锌(Zn(CH₃COO)₂)粉末溶于水中，再加入氨水，调节溶液的pH值在7.5。

b、在硅片上生长ZnO锥状纳米结构：先将清洗干净的硅(100)片放入高压釜中，再将上述的溶液倒入高压釜，将高压釜密封好后放入鼓风干燥箱，在60℃温度下保持反应6小时，自然降温后即可制得所需材料。

实施例2

a、配置反应溶液：将醋酸锌(Zn(CH₃COO)₂)粉末溶于水中，再加入氨水，调节溶液的pH值在8。

b、在硅片上生长ZnO锥状纳米结构：先将清洗干净的硅(111)片放入高压釜中，再将上述的溶液倒入高压釜，将高压釜密封好后放入鼓风干燥箱，在65℃温度下保持反应5.5小时，自然降温后即可制得所需材料。