[发明专利]一种低温下氧化锌微纳米线化学气相沉积制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温下氧化锌微纳米线材料化学气相沉积制备方法。

背景技术

随着世界经济的快速发展，新的科技已经成为社会发展的主力，是促进社会发展的主要动力之一。目前通讯和网络电子技术发展正在影响着世界的格局，而半导体材料作为通讯网络的主要支撑体，在社会科技进步中发挥着越来越重要作用，特别是近几年社会对手机、电脑及各种电子产品的普及应用，各种半导体及其相关的薄膜材料得到快速发展，这就直接推动了半导体纳米薄膜的快速发展。作为研究半导体材料的主要方向之一，氧化锌是一种宽禁带的氧化物半导体材料，是一种带有纤维锌矿结构的直接带隙材料，在室温条件下其禁带宽度为3.36eV，可以实现蓝光和紫光的吸收和再发射，是应用于蓝光和紫光的主要发光器件和透明薄膜材料及其相关电子器件的半导体材料之一，同时氧化锌薄膜材料被广泛的应用于气体检测器、光电器件及光催化等各种领域方面，对各种电子器件的推动具有重要作用和优势。随着科技进步，发现在一定条件下氧化锌半导体材料受到紫外激发辐射而产生的相关辐射射线和吸收特定波长射线，导致氧化锌纳米材料在国内外的研究工作迅速展开，目前关于氧化锌薄膜的制备已经有了比较好的技术和方式，但是在低温度下制作氧化锌纳米材料上还远远不够，特别在氧化锌纳米材料的应用技术研究方面，因此研究氧化锌纳米材料的制备及其相关的生长机理就显得非常必要。尽管氧化锌纳米材料制备的方法多种多样，但是采用低温制备技术生产相应的氧化锌微纳米材料的方法目前还比较空缺，特别是研究低温下温度变化对不同的氧化锌微纳米材料的形成过程显得更为重要。

氧化锌微纳米材料的制备过程是一个复杂的过程，一般也是采用高温锌粉制备氧化锌，电化学生长法、溶胶凝胶法、或者水溶液法等制备，这就很大限制了氧化锌微纳米的应用研究。水溶液法与电化学生长法制备氧化锌的微纳米材料或者纳米材料，虽然可以制备出相应氧化锌微纳米材料，但是需要在水溶液下完成相应的反应过程，对一些特殊材料的制备需要在无水环境下合成，这就导致水溶液下生长的方法受到限制；采用高温反应方法制备的氧化锌微纳米材料需要高温下完成，这对器件的开发和研究是一个大局限，因此考虑采用低温下制备氧化锌的微纳米材料可以实现氧化锌微纳米材料的更广泛应用研究。低温下纳米材料的制备方法是一种化学反应的方法，也是一种气相沉积的方法，低温的气相沉积方法不仅可以保证低温下器件的制备，还能实现氧化锌微纳米材料的完整生长，对氧化锌微纳米材料的应用是一个巨大的应用研究。化学气相沉积的氧化锌微纳米材料，主要是在低温下通过自由基与相应的金属材料Zn反应产生对应的氧化物材料，有利于减少热损失和热失配等情况的发生，能制备出相应要求优质的氧化锌微纳米材料，经过这种技术方法优势在于能够实现氧化锌微纳米材料以较低的衬底温度和一定的生长速度来实现生长。另一方面在反应室中形成很多离子以及亚稳态的原子和分子，组成这些反应气体的这些粒子，经过一系列复杂的物理和化学变化过程，就在衬底上形成相应的微纳米材料。通过利用在不同温度下以及在不同的通气气氛比例条件下，采用镀在硅基片上的锌薄膜，利用低温气相沉积来长出各种形貌的氧化锌微纳米材料。设备加热炉在一定温度下进行通入所需反应气体，气体在一定温度下与相应的金属发生反应，形成金属氧化物微纳米材料。利用氩气气氛可以实现更好的与氧气混合，形成混合均匀的反应气体，有利于辅助氧气分子与金属材料氧化形成金属氧化物。氧气分子在低温下与氩气共同被送入反应炉内加热，在适当温度下与锌薄膜进行反应；同时氩气低温下容易被加热电离，带有一定能量，对薄膜成长也有一定影响，能促进低温下快速生长氧化锌微纳米材料。

由于氧化锌微纳米线等纳米材料制备方法较多，但是控制条件要求不一样，需求和应用也不同，而且制备过程相对具有不同的过程。在本实验中所采用的制备方法简单，同时所制备的氧化锌微纳米材料更易获得，而且可以应用到电子器件（包括各种紫外光传感器、晶硅电池减反膜，及染料敏化太阳能电池等）中。因此利用低温下制备出高性能的氧化锌微纳米材料具有重要的应用价值。

本发明可在目前现有技术中制备出质量较好的氧化锌微纳米材料且成本较低，技术较容易实现。

发明内容

为达到上述目的，本发明提供一种采用基于低温下技术的气相氧化方法来制备氧化锌微纳米材料，实现利用连续升温至某一温度范围直接加热方法获得相应的锌薄膜在氧气与氩气或者氮气气氛条件下，生长出氧化锌微纳米材料，实现微纳米材料的制备，实现在较低温度下微纳米材料的快速生长方法。

一种低温下氧化锌微纳米线化学气相沉积制备方法，其特征主要包括如下步骤：