一种大规模制备氧化锌纳米线阵列的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米线制备领域，特别是涉及一种大规模制备氧化锌纳米线阵列的方法。
【背景技术】
[0002]纳米线在在电子、光电子及纳电子机械器械领域中有重要的应用意义，现有的制备纳米线的方法主要有以下几种:
[0003]现有方案一，在文献[I][H.Ham etal, Chemical PhysicsLetters, 404(2005)69 - 73]中有报导在娃片上实现无催化剂生长氧化锌纳米线的方法，此方法采用高温热蒸发高纯度金属锌粉末，与载气中的氧气反应在娃片上实现氧化锌纳米线阵列的生长，实验设计如图1所示:
[0004]现有方案一的缺点是在制备工艺中首先需要使用高纯度锌粉作为锌源，由于高纯度金属锌粉末价格远高于氧化锌粉末，同时高纯度金属锌粉末的化学活性非常高，容易与空气中的氧气和水分反应而氧化，所以金属锌粉的保存也是一个挑战。该方法的另外一个问题就是氧化锌纳米线在硅的基板上生长缓慢，需要更长的生长时间。此方法的这些问题都增加了氧化锌纳米线制备的的复杂性和成本。
[0005]现有方案二
[0006]在文献[2][S.T.Ho etal, Chemistry of Materials 2007，19，4083-4086]中提供了一种在硅片上用化学刻蚀或者机械摩擦的方法在硅片上创造出一些缺陷，然后使用高纯度锌粉与氧气在高温下反应在硅基板上实现氧化锌纳米线的生长。硅衬底上的缺陷为氧化锌纳米线提供了形核位置，从而在硅衬底上长出氧化锌纳米线。
[0007]现有方案二也是采用高纯度金属锌作为原料，高纯度金属锌粉末的化学活性非常高，容易与空气中的氧气和水分反应而氧化，所以金属锌粉的保存也是一个挑战。该方法的另外一个问题就是氧化锌纳米线在硅的基板上生长缓慢，需要更长的生长时间，。同时化学刻蚀的方法需要复杂的工艺，尤其需要氢氟酸或者是强碱作为刻蚀剂需要采取非常复杂的防护措施；而机械摩擦的方法可控性差，这些都增加了制备工艺的复杂性和不可控性。
[0008]现有方案三
[0009]发明人在文献[W.Q.Lu etal, Physical Chemistry Chemical Physics, vol.15,PP.13532-13537, 2013.]中，提供了了一种无催化剂在硅电极上横向长出氧化锌纳米线的方法。该方法采用预先刻好沟槽的硅衬底，以石墨和氧化锌粉的混合物作为原料，在硅表面的刻蚀的沟槽边缘上横向长出氧化锌纳米线。氧化锌纳米线优先在沟槽的边缘上形核生长，从而形成了横向生长的氧化锌纳米线阵列。
[0010]发明人发现，在现有方案三中需要采用光刻和刻蚀在硅表面制备出沟槽结构来促进氧化锌纳米线的形核，同时该方法长出氧化锌的纳米线倾向于横向生长，适合加工氧化锌纳米线的桥连结构，而氧化锌纳米线的密度取决沟槽结构的尺寸，因而该方法制备的氧化锌纳米线的密度偏低，不适合大规模制备氧化锌纳米线。因此，如果要进行大规模地制备高密度的氧化锌纳米线，还需要对现有技术作进一步地改进。
[0011]综上来看，现有技术虽然都能够制备出纳米线，不过在制备时间和效果上，都不适于进行大规模地快速制备高密度的氧化锌纳米线，因此还需要作进步地改进。
【发明内容】
[0012]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种大规模制备氧化锌纳米线阵列的方法，用于解决现有技术中制备工序复杂化和容易造成金属污染的问题。
[0013]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案:
[0014]一种大规模制备氧化锌纳米线阵列的方法，包括:提供制备有一粗糙表面的硅衬底和供盛放化学反应物的舟；将所述硅衬底制备有粗糙表面的一面朝向盛有化学反应物的舟进行放置；采用高温化学气相沉淀的方法于所述硅衬底的粗糙表面上制备出纳米线阵列。该方法既不需要在硅衬底上镀金属催化剂，不需要沉积氧化锌籽晶层，也不需要用光刻和刻蚀来制备沟槽结构，而直接在硅衬底上大规模长出高密度的氧化锌纳米线。将氧化锌纳米线与现有娃工艺结合，简化制备工序，实现大规模氧化锌纳米线的制备。
[0015]本发明区别于已有的基于硅衬底氧化锌纳米线制备方法，既不需要金属催化剂，也不需要预先镀氧化锌薄膜籽晶层，更不需要制备沟槽结构，而直接大规模长出氧化锌纳米线，从而避免了造成金属污染，简化了加工和制备工艺。
【附图说明】
[0016]图1显示为一种大规模制备氧化锌纳米线阵列的方法的实现流程图。
[0017]图2-1至图2-3显示为制备生成纳米线阵列的过程效果示意图。
[0018]图3-1为在扫描电镜像下氧化锌纳米线在反应离子刻蚀过图案的硅衬底上形核(刻蚀的区域为CIGIT图案)。
[0019]图3-2为在扫描电镜像下刻蚀图案的硅衬底上生长的氧化锌纳米线初期的形貌。
[0020]图3-3和图3-4，为在扫描电镜像下硅衬底刻蚀图案上氧化锌纳米线长30分钟的形貌。
[0021]图3-5为在扫描电镜像下反应离子刻蚀的硅衬底上生长的氧化锌纳米线阵列的形貌。
[0022]图3-6为在扫描电镜像下氧化锌纳米线阵列的放大图。
[0023]图4-1为原始硅衬底表面的SEM照片。
[0024]图4-2为刻蚀后硅衬底表面的SEM照片。
[0025]图4-3为原始硅衬底表面的AFM显微照片。
[0026]图4-4为刻蚀后硅衬底表面的AFM显微照片。
[0027]附图标号说明
[0028]I硅衬底
[0029]2粗糙表面
[0030]3纳米线阵列
【具体实施方式】
[0031]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032]请参见图1，给出了本发明提供的一种大规模制备氧化锌纳米线阵列的方法的实现原理图，以下将对所述方法的技术方案进行详细地说明。
[0033]步骤S11，提供制备有一粗糙表面2的硅衬底I和供盛放化学反应物的舟。
[0034]在具体实施中，首先利用反应离子刻蚀方法对硅衬底I进行刻蚀，创造出一个粗糙的表面。其中，反应离子具体采用六氟化硫和三氟甲烷混合气体。
[0035]步骤S12，将所述硅衬底I制备有粗糙表面2的一面朝向盛有化学反应物的舟进行放置。
[0036]在具体实施中，同时需要把舟放置在真空管式炉中的合适位置，以保证通入的氮气和氧气反应气体能吹到反应物和娃衬底I上，从而实现氧化锌纳米线的生长。
[0037]