[发明专利]一种制造ZnO纳米结构和纳米紫外传感器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳机电技术领域，特别涉及一种制造ZnO纳米结构和纳米紫外传感器的方法。

背景技术

纳机电系统因其超高频率、高品质因数、低能耗、高灵敏度等特性而具有非常广泛的应用前景。纳机电系统的关键技术之一便是纳米结构的局部构造技术。ZnO室温下禁带宽度为3.37eV，具有低介电常数、高化学稳定性以及很好的光电和压电性质，具有广阔的应用前景，因此，ZnO纳米线和ZnO纳米棒被广泛地应用在各类纳机电器件中。ZnO纳米线和ZnO纳米棒的制备有很多种方法，如传统的CVD（Chemical Vapor Deposition）的方法由于需要较高的温度要求（>600℃），而一般的微机电结构、集成微电子结构或某些基材（如Polymer）在此高温过程中将会被损坏，因此不利于一些纳机电器件的制造；湿化学法（Wet Chemical Method）可以在较低的温度下合成ZnO纳米线或ZnO纳米棒，低温法可以采用纳米孔模板结合电化学沉积制备出纳米线，低温法还可以采用化学溶剂法，在基板上首先通过溅射或蒸镀沉积纳米材料的种子层，然后在化学溶剂中通过化学反应在种子层上生长出纳米线等等。这些低温生长纳米线或纳米棒的方法都是通过微纳加工技术或处理技术来实现纳米线的局部定位，工艺复杂，不易控制，而且大多只能使纳米线或纳米棒呈纵向排布或薄膜状，在微结构间横向构造纳米线或纳米棒的低温制备方法还很缺少。目前一种可行的办法是采用组装技术，如基于介电泳动力在微电极上组装纳米材料，但组装的纳米材料和基底常常存在接触问题。ZnO用于紫外传感器的常规方法是利用ZnO薄膜，但一维ZnO纳米线或ZnO纳米棒由于具有较高的表面/体积比，且为单晶材料，具有较高的紫外灵敏度。将一维ZnO纳米线或ZnO纳米棒用于构造纳米紫外传感器已有研究，但大多是采用组装或CVD方法，加工工艺复杂、可靠性不高。

发明内容

本发明针对上述缺陷公开了一种制造ZnO纳米结构和纳米紫外传感器的方法。

一种制造ZnO纳米结构的方法包括以下步骤：

11）直接制造底电极；或者采用微机械加工工艺制作微机电结构，然后在微机电结构上制造底电极；

12）在底电极上淀积绝缘层，然后在绝缘层上溅射一层金属层，对金属层进行刻蚀形成第一微电极和第二微电极；第一微电极和第二微电极均通过绝缘层与底电极隔开；底电极、绝缘层、第一微电极和第二微电极构成了芯片；

13）在配置的化学溶液中浸没芯片，浸没持续的时间为设定的时间，在浸没时，使配置的化学溶液保持在100°C以下的设定温度；

采用直流电场控制方法或交流电场控制方法制备ZnO纳米结构；

采用直流电场控制方法制备ZnO纳米结构的过程如下：在浸没芯片的同时，在底电极上施加负电压V2，在第二微电极上施加负电压V1，将第一微电极接地；浸没过程结束后，将芯片从配置的化学溶液中取出，对芯片进行清洗，最后将其烘干；此时，在第二微电极构造出了第一ZnO纳米结构；

采用交流电场控制方法制备ZnO纳米结构的过程如下：在底电极上施加电压V3，电压V3的值为0V；在第一微电极和第二微电极之间施加交流电压VS；浸没过程结束后，将芯片从配置的化学溶液中取出，对芯片进行清洗，最后将其烘干；此时，在第一微电极和第二微电极之间构造出了第二ZnO纳米结构；第一ZnO纳米结构和第二ZnO纳米结构均为ZnO纳米线或ZnO纳米棒。

所述底电极为掺杂的单晶硅或者金属。

所述绝缘层为二氧化硅、氮化硅或聚合物。

所述金属层为铬/金层、钛/金层或钨/金层。

一种制造纳米紫外传感器的方法包括以下步骤：

21）在步骤13）中，采用交流电场控制方法制备出第二ZnO纳米结构，使得第二ZnO纳米结构搭接于第一微电极和第二微电极之间；

22）在第二ZnO纳米结构上覆盖一层聚合物；对芯片进行芯片封装，进而得到纳米芯片；

23）将纳米芯片接入恒流传感电路，形成了纳米紫外传感器；恒流传感电路的结构如下：调控电阻的一端接输入电压，另一端分别连接纳米芯片和运算放大器的反相输入端；运算放大器的正相输入端接地；输出电压分别连接纳米芯片和运算放大器的输出端。

所述聚合物为聚二甲基硅氧烷。

所述化学溶液为硝酸锌和乌洛托品复合水溶液。

本发明的有益效果为：