[发明专利]垂直在硅/绝缘层结构衬底上的ZnO纳米结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直在硅/绝缘层结构(简称SOI，Silicon-on-Insulator)衬底上的ZnO(氧化锌)纳米结构及其制备方法，特别是垂直在硅/绝缘层结构(SOI)基片上的二维超薄ZnO六角盘状纳米结构及其制备方法，属于半导体光电子材料及器件技术领域。

技术背景

ZnO是一种宽禁带直接带隙半导体(3.3eV)，并且具有较高的激子束缚能(60meV)，在光电子器件领域具有广阔的应用前景，因此引起了全世界范围内的广泛关注。当前，人们利用溶液法、热蒸发法、模板限制辅助生长法、分子束外延法、脉冲激光沉积法、化学气相沉积法等，已经制备出多种不同的ZnO纳米结构，其中包括具有线状、花状、环状、带状、柱状、塔状、笼状、梳状等形貌特征的ZnO纳米结构。在这些纳米结构中，ZnO纳米盘作为结构单元，可以广泛应用于纳米激光器、传感器等纳米光电子器件。但是，迄今为止关于超薄型的ZnO纳米盘的报道太少，而将超薄型的ZnO纳米盘集成生长在具有优越电子学性能的硅/绝缘层结构(简称SOI，Silicon-on-Insulator)基片上更是未见有报导；但由于其独特的结构特性和优良的光学性能，超薄ZnO纳米盘的潜在价值已经被人们所发现，正在成为光电子纳米材料中研究的一个热门领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用硅/绝缘层结构(SOI)基片作为衬底，将具有优良光电性能的ZnO纳米结构引入到硅/绝缘层结构(SOI)衬底上的垂直在硅/绝缘层结构衬底上的ZnO纳米结构。本发明有利于实现高度集成的SOI基的光电子器件。

本发明的另外一个目的在于提供一种易于操作；对载气要求不高，并且不需要使用金属催化剂，能保证较高的晶体质量的垂直在硅/绝缘层结构衬底上的ZnO纳米结构的制备方法。

本发明采用以下技术方案：本发明垂直在硅/绝缘层结构衬底上的ZnO纳米结构，其是在硅/绝缘层结构衬底表面垂直生长有呈六边形结构的ZnO纳米盘。

上述呈六边形结构的ZnO纳米盘均是六方纤锌矿结构的单晶。

上述呈六边形结构的ZnO纳米盘为厚度相对于对角线长度小得多的超薄结构，其厚度和对角线长度分别介于10～20nm和0.8～3μm。

本发明垂直在硅/绝缘层结构衬底上的ZnO纳米结构的制备方法，具体工艺步骤如下：

a)将硅/绝缘层结构基片依次用丙酮和无水乙醇超声清洗，然后将清洗干净的硅/绝缘层结构基片烘干备用；

b)将锌粉置于瓷舟内，然后在锌粉的正上方倒置一片干净的硅/绝缘层结构基片作为衬底，用来收集反应生成物；

c)将装有锌粉的瓷舟置于一根瓷管的中间位置，然后将瓷管放入加热电炉内，瓷管位于加热电阻丝的正上方；

d)将加热电炉以40～80℃/min的升温速率加热，并通入氩气流作为载气；

e)当温度达到800℃～900℃时、停止升温，保持瓷舟内温度在800℃～900℃、持续50～70分钟，在此过程中氩气流量保持不变。然后关掉加热电源，让瓷舟自然冷却到室温，取出瓷舟；在SOI基片表面得到的白色产物就是ZnO盘状纳米结构。

上述步骤b)中采用纯度为99％以上的锌粉作为原材料。

上述步骤d)中氩气流的流量控制在8cm³/min～12cm³/min。

本发明垂直在硅/绝缘层结构(SOI)衬底上的ZnO纳米结构，使用硅/绝缘层结构(SOI)基片作为衬底，将具有优良光电性能的ZnO纳米结构引入到硅/绝缘层结构(SOI)衬底上，有利于实现高度集成的SOI基的光电子器件。本发明垂直在硅/绝缘层结构衬底上的ZnO纳米结构的制备方法，采用化学气相沉积法制备，所用设备简单，易于操作；对载气要求不高，只需要氩气就可以，不需要加氧气(利用瓷管内残余氧气来同蒸发的锌蒸气进行反应生成氧化锌)等另外的气体；并且不需要使用金属催化剂，能保证较高的晶体质量。

附图说明

图1为本发明采用的发应装置示意图。

图2为本发明所制备出的垂直于硅/绝缘层结构(SOI)衬底上的超薄ZnO六角盘状纳米结构场发射扫描电镜(FESEM)图片。

图3为本发明所制备的垂直于硅/绝缘层结构(SOI)衬底上的超薄ZnO六角盘状纳米结构的X-射线衍射(XRD)谱图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：