专利名称：一种制备氧化锌纳米结构的方法
技术领域：
本发明涉及纳米材料设计和制造技术领域，尤其涉及一种制备氧化锌纳米结 构的方法。
背景技术：
作为一种具有高激子束缚能(60 meV)的宽带隙(3.37 eV)半导体，氧化 锌纳米结构在纳电子器件、紫外光伏器件和纳米传感器等方面有着广泛的应用前 景。可控制备氧化锌纳米结构或其阵列对器件应用，比如环栅场效应晶体管、光 子晶体和场发射电子源等有重要的意义。氧化锌纳米结构的可控制备包括位置可 控、数目可控和形貌可控等。通常制备氧化锌纳米结构的方法主要有两种 一是 催化剂诱导的气相输运法(catalyst-assisted vapor-liquid-solid， VLS) ; 二是采用 热溶液生长法(Hydrothermal growth)。当采用气相输运法生长时，一般是通过控制纳米金或镍催化剂颗粒或其阵列 的位置及直径，达到可控制备氧化锌纳米结构或其阵列。而目前采用热溶液生长 法，还尚未实现位置、数目可控并且形貌均一、直立有序的氧化锌纳米结构或其 阵列。发明内容为解决现有技术的不足，本发明提供一种结合自上而下(top-down)的光刻 工艺和自下而上(bottom-up)的溶液生长法，可控制备氧化锌纳米结构的工艺 方法。本发明是这样实现的 一种制备氧化锌纳米结构的方法，其特征在于工艺步骤如下(A) 在沉积有种子层的衬底上涂敷一层光敏胶，然后利用光刻工艺在光敏 胶上形成微孔；(B) 将完成步骤(A)后的衬底置于热生长溶液中，进行纳米结构的生长。 上述步骤(A)所述的衬底为金属、半导体、玻璃片或陶瓷片，或者表面镀有金属膜的半导体、玻璃片或陶瓷片。上述步骤(A)所述的种子层为金属锌膜或氧化锌膜。上述步骤(A)所述的光刻工艺为电子束光刻或纳米压印工艺。上述步骤(B)所述的生长溶液为含有锌离子源的盐溶液。本发明中，可以通过调整光刻工艺和生长时间来控制氧化锌纳米结构的形貌，从而得到纳米尖、纳米线、纳米柱和纳米Y结等。利用该工艺方法，我们成功地实现了多种氧化锌纳米结构的制作。与现有技术相比，本工艺方法具有工艺步骤简单可控的特点，制备出来的氧化锌纳米结构位置可控、直立有序、形貌均一，非常有利于器件的制作。并且该工艺在低温(低于10(TC)下进行，与现有的标准IC工艺可以兼容。
图1是氧化锌纳米结构的制备原理图； 图2所示的是单根氧化锌纳米柱17阵列的SEM图； 图3所示的是单根氧化锌纳米线18阵列的SEM图； 图4所示的是单根氧化锌Y结19阵列的SEM图； 图5所示的是单根氧化锌纳米尖20阵列的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和一个具体实施例来对本发明做进一步详细的描述。1. 采用晶向为<1 OO的n型高导单晶硅(电阻率为2.4 3.7xl(T3 Q*cm) 11作为衬底。2. 如图1 (a)所示，采用SP-3型磁控溅射台在单晶硅片上沉积50 nm厚 的金属锌(Zn) 12薄膜。薄膜的制备条件如下本底真空3.0xl0'3Pa;工艺气体高纯氩(Ar)气(流量60 SCCm);溅射功率直流溅射300 W;时间2 分钟；工作温度室温。3. 利用KW-4AH型热板将镀完金属锌薄膜的硅衬底在180 'C的温度下进行 涂胶前烘烤，时间30分钟。4. 利用Karl Suss RC8型涂胶机，在镀完金属锌薄膜的硅衬底表面均匀旋涂上一层的电子束光刻用的PMMA(950KC4)13(图l(a))，涂胶转速为3000rpm， 加速度为10000 rpm/s，时间为40秒，厚度 380nm。5. 利用KW-4AH型热板对已涂胶样品进行前烘烤，烘烤温度为180'C，时 间为90s。6. 利用Raith E-line电子束曝光系统，在已涂好PMMA的样品上，通过控 制曝光参数，曝光形成边缘形貌和直径大小不同的微孔。如图1 (b)所示，可 以形成直径不同的圆柱形微孔14、 15，也可以形成圆锥形微孔16。形成圆柱形微孔14、 15的曝光参数为加速电压20 KV;面曝光剂量200pC/cm2;工作距离5mm。形成圆锥形微孔16的曝光参数为加速电压20KV;点曝光剂量0.2 pC;工作距离10mm。7. 采用MIBK: IPA为h 3的显影液对已曝光样品进行显影，显影时间为 30秒；然后采用IPA进行定影，时间为10秒。显影后得到如图1 (b)所示的圆 柱形微孔14、 15，圆锥形微孔16。各微孔直径范围约30 300nm。8. 配制氧化锌纳米线的生长液。配制方法如下称量1.5 g的Zn(N03)2*6H20 (六水硝酸锌)晶体，加入250ml去离子水充分溶解；称量0.7gC6H。N4 (六亚甲基四胺)粉末，加入250ml去离子水溶解。然后将两种溶液混合充分搅拌， 待用。C6Hi2N4是用来控制溶液的pH值， 一般控制在5-10之间。9. 取150ml步骤8中配好的生长液到玻璃烧杯中，将步骤7中已经完成电 子束光刻工艺，并得到均匀微孔阵列的硅衬底悬置于生长液里面，硅衬底的正面(镀锌面)向下，并将烧杯置于水浴槽中水浴加热至80 。C。控制生长时间，如 果恒温生长2小时，氧化锌刚好填满微孔(图l (c)左一、右一)。如果生长时 间为6小时，则氧化锌将露出微孔(图l (c)左二、右二)。10. 生长完毕后，将样品取出，并用大量去离子水冲洗，然后用干燥氮气吹干。11. 将干燥后的样品用丙酮浸泡15分钟，接着用乙醇浸泡15分钟，以去除 样品表面的PMMA，然后用去离子水冲洗并用氮气吹干。得到氧化锌的纳米柱 17，纳米线18， Y结19和纳米尖20，如图l(d)所示。完成上述全部工艺步骤后，我们利用扫描电子显微镜(SEM)，对制备得到的一维单根氧化锌纳米结构进行了形貌表征。图2所示的是单根氧化锌纳米柱 17阵列的SEM图，直径为 150nm。图3所示的是单根氧化锌纳米线18阵列的 SEM图，直径为~190 nm。图4 (a)所示的是单根氧化锌Y结19阵列的SEM 图，(b)、 (c)是单根氧化锌Y结的高倍SEM图片。图5是单根氧化锌纳米尖 20阵列的SEM图，尖端曲率半径为 20nm。以上揭露的仅为本发明的一个实施例，不能以此来限定本发明的权利范围， 依本发明权利要求所做的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1.一种制备氧化锌纳米结构的方法，其特征在于工艺步骤如下(A)在沉积有种子层的衬底上涂敷一层光敏胶，然后利用光刻工艺在光敏胶上形成微孔；(B)将完成步骤(A)后的衬底置于生长溶液中，进行纳米结构的生长。
2.如权利要求1所述的一种制备氧化锌纳米结构的方法，其特征在于步骤(A)中所述的衬底材料为金属、半导体、玻璃片或陶瓷片，或者表面镀有金属膜的半导体、玻璃片或陶瓷片。
3. 如权利要求1所述的一种制备氧化锌纳米结构的方法，其特征在于步 骤(A)中所述的种子层为金属锌膜或氧化锌膜。
4. 如权利要求1所述的一种制备氧化锌纳米结构的方法，其特征在于步骤(A)中沉积种子层的方法为磁控溅射或电子束蒸发。
5. 如权利要求1所述的一种制备氧化锌纳米结构的方法，其特征在于步 骤(A)中所述的光敏胶为光刻胶或纳米压印胶。
6. 如权利要求1所述的一种制备氧化锌纳米结构的方法，其特征在于步 骤(A)中所述的光刻工艺为电子束光刻或纳米压印工艺。
7. 如权利要求1所述的一种制备氧化锌纳米结构的方法，其特征在于步骤(B)中所述的生长溶液为含有锌离子源的盐溶液。
8. 如权利要求1所述的一种制备氧化锌纳米结构的方法，其特征在于在所述步骤(B)中生长纳米结构时，样品是悬空倒置于溶液中，即衬底镀有种子层的面向下。
9. 如权利要求1所述的一种制备氧化锌纳米结构的方法，其特征在于可 以通过调整光刻工艺和生长时间来控制氧化锌纳米结构的形貌，从而得到纳米尖、纳米线、纳米柱和纳米Y结等。
全文摘要
本发明公开了一种制备氧化锌纳米结构的方法，其特征在于工艺步骤如下(A)在沉积有种子层的衬底上涂敷一层光敏胶，然后利用光刻工艺在光敏胶上形成微孔；(B)将完成步骤(A)后的衬底置于生长溶液中，进行纳米结构的生长。利用该工艺方法，可成功地实现了多种氧化锌纳米结构的制作。与现有技术相比，本工艺方法具有工艺步骤简单可控的特点，制备出来的氧化锌纳米结构位置可控、直立有序、形貌均一，非常有利于器件的制作。
文档编号C01G9/00GK101214989SQ200710032889
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者浩 何, 佘峻聪, 俊 刘, 许宁生, 邓少芝, 军 陈 申请人:中山大学