[发明专利]一种ZnO薄膜结构及其制备方法

说明书

本发明公开一种ZnO薄膜结构，包括，衬底，设置在衬底上的纳米森林以及沉积在纳米森林上的ZnO层。本发明还公开了上述ZnO薄膜的制备方法，首先选取衬底，在衬底上涂覆聚合物层，然后形成纳米森林结构，最后在所述纳米森林结构上沉积ZnO层。本发明提供的ZnO薄膜结构，和传统的ZnO薄膜相比，减少原料，降低成本，同时具备纳米森林本身高孔隙度、大比表面积的特点。本发明提供的ZnO薄膜结构的制备方法将磁控溅射法与纳米森林制备工艺相结合，可以通过参数控制，调整ZnO薄膜结构中的薄膜厚度、形貌、生长方向和密度，工艺简单，操作方便。

技术领域

本发明涉及半导体材料加工领域，具体涉及一种ZnO薄膜结构及其制备方法。

背景技术

ZnO薄膜因为具有良好的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏性等特性而得到广泛的应用，例如表面声波器件、平面光波导、透明电极、紫外发光器件、气敏传感器等。

为了更好应用ZnO薄膜，制备出高质量的ZnO薄膜结构是关键。不同形貌的ZnO薄膜结构的制备方法也不同，优异的ZnO薄膜制备方法不仅要分布均匀，形貌可控，还需要工艺简单，成本低廉。目前常用的ZnO薄膜制备方法有气相沉积、脉冲激光沉积、喷雾热解、溶胶-凝胶法、磁控溅射、真空热蒸镀法、电子束蒸发沉积法、分子束外延等方法。不同的制备方法的优缺点也不相同，例如喷雾热解法的制备过程简单，制备出的结构分布均匀，缺点是制备出来的纳米结构粒径较大；利用溶胶-凝胶法制备出的纳米结构纯度高，分布均匀，但是产量小，制备周期长，也容易构成环境污染；利用水热法制备出的纳米结构结晶度高，分散性好，但是成本较高；利用超声法制备出的ZnO纳米薄膜，制备温度低，但是要用到金属锌颗粒，容易存在污染，尤其是在电学元件的应用中容易引起短路，降低可靠性；真空热蒸镀法对温度要求较高，难以制备出结晶度良好的薄膜，同时工艺重复性较差；电子束蒸发沉积法在制备过程中会产生二次电子，容易对制备出的ZnO薄膜的质量和纯度造成影响。

因此，亟需一种ZnO薄膜的制备方法，其分布均匀，形貌可控的同时，可以降低成本。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有ZnO薄膜制备技术中的成本控制、分布均匀性、形貌可控性无法兼得的缺陷，从而提供一种ZnO薄膜结构及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种ZnO薄膜结构，包括，

衬底，

设置在衬底上的纳米森林结构，

包裹纳米森林结构的ZnO层；

所述纳米森林结构的高度为0.1-50μm，所述ZnO层的厚度为50-500nm。

进一步地，所述纳米森林结构为纳米纤维、纳米柱、纳米锥或纳米纤维-纳米柱、纳米纤维-纳米锥结构中的一种形成的一维有序结构。

进一步地，形成所述纳米柱或纳米锥的材料与所述衬底材料一致；

形成所述纳米纤维的材料为聚合物。

优选地，所述衬底材料为硅基、玻璃、石英、蓝宝石、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)、交联聚苯乙烯(PS)和聚碳酸酯(PC)；

所述聚合物，包括正性光刻胶、负性光刻胶、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷和其他可以接受等离子体轰击的聚合物材料中的一种。

进一步地，所述纳米纤维的直径为50-150nm，高度为0.1-50μm；

所述纳米柱或纳米锥的底部直径为50-500nm，高度为0.1-3μm；

所述纳米纤维、纳米柱或纳米锥之间形成纳米级间隙。