[发明专利]一种无催化剂无碳条件下ZnO纳米棒阵列的制备方法

摘要

本发明公开了一种无催化剂无碳条件下ZnO纳米棒阵列的结构和性能的控制工艺。工艺为：(1)分别采用射频磁控溅射和激光脉冲沉积技术在HF酸刻蚀后的硅衬底上制备不同质量和性能的ZnO籽晶薄膜。(2)将ZnO籽晶薄膜和高纯ZnO纳米粉放在管式炉内，以一定流量的Ar气为载气，采用较低的升温速率在1350±50℃进行生长，其中蒸发源位于炉子的中心，衬底与源距离为20－38cm。(3)生长一定时间后缓慢降至室温。硅片表面的灰白色沉积物即为ZnO纳米棒阵列。本工艺获得的纳米棒定向排列阵列光学质量和单晶质量较高，能灵活调控阵列的结构和性能，工艺简单易行，成本低，产率高。

主权项

1、一种无催化剂无碳条件下ZnO纳米棒阵列的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：1)、通过公知的氢氟酸刻蚀法将Si(111)单晶外延片的表面氧化层刻蚀掉，用去离子水冲洗干净后用吹风机吹干，立即转入射频磁控溅射生长室，或者转入激光脉冲沉积室，抽真空至10-3Pa-10-5Pa；2)、采用射频磁控溅射法或PLD制备具有不同晶体质量和光学性能的ZnO薄膜，具体的制备路线如下：对于射频磁控溅射法，采用ZnO陶瓷靶和一步生长法即直接300-500℃溅射生长ZnO薄膜，膜厚控制住200-500nm之间；或者对于PLD技术，则采用准分子激光器，ZnO陶瓷靶，以及两步生长法，即先在300-450℃较低温度生长厚度20-40nm的ZnO缓冲层，然后升温到600-650℃生长ZnO外延薄膜；3)、用上述的ZnO薄膜为籽晶模板，用纯度为99.99％的高纯ZnO纳米粉为蒸发源，将蒸发源放置在氧化铝坩埚内，并和ZnO籽晶薄膜同时放在管式炉内，其中蒸发源位于炉子的中心，籽晶薄膜位于气流的下方，衬底与源距离保持在20-38cm之间，对管式炉进行抽真空，并通入Ar气对管式炉进行洗气，流量为60-100标准毫升/分钟，时间为30～60min；以同样流量的Ar气为载气，将管式炉以10℃/min升温到800℃，保温30min后再以5℃/min升到1350±50℃，进行ZnO纳米棒的生长。生长90min-200min后，以小于10℃/min的降温速率降至室温。将样品从管式炉中取出，硅片表面的灰白色沉积物即为ZnO纳米棒阵列。