[发明专利]一种非极化择优取向ZnO基多晶薄片的制备方法

说明书

本发明公开了一种自形成非极化择优取向ZnO基多晶薄片的制备方法，属于功能材料领域，本方法将ZnO与掺杂金属氧化物的纳米粉末按所需配比在玛瑙研钵中混合、研磨；通过压片机将研磨后的混合原料压制成厚片块材；将原料块材放置在刚玉坩埚内进行高温烧结；上述步骤完成后，即可在高温烧结后的各向同性ZnO基多晶块材和刚玉坩埚间自发形成高度(100)择优、厚度约100μm的ZnO基多晶薄片。本发明所述方法方法简单、重复性好、成本低廉。

技术领域

本发明公开了一种自形成非极化择优取向ZnO基多晶薄片的制备方法，属于功能材料领域。

背景技术

六方纤锌矿结构ZnO是Ⅱ-Ⅵ族宽禁带直接带隙半导体，室温下禁带宽度为3.37eV，激子结合能高达60meV，具有良好的紫外发光特性和可见光透明性，已被广泛应用于紫外发光二极管和透明导电器件等领域。

ZnO的(0001)面具有最低的表面自由能，使其通常沿c轴择方向优生长，而非中心对称的纤锌矿结构使ZnO沿c轴方向发生自发极化，形成沿c轴方向的内建电场，在内建电场作用下，ZnO中的电子-空穴对发生空间分离，使波函数交叠量减小，导致发光峰红移、发光效率下降，即发生量子限制斯塔克效应(Quantum-confined Stark effect)。因此，制备非极化择优（即垂直于c轴取向）的ZnO 基材料是提高其发光效率的效途径。

目前，非极化择优的ZnO主要在薄膜材料中通过调控生长工艺或衬底取向及错配度获得。T. Coman等人(Improving the uncommon (110) growing orientation of Al-doped ZnO thin films through sequential pulsed laser deposition. Thin SolidFilms, 2014, 571: 198-205.)用脉冲激光沉积在玻璃衬底上制备Al掺杂ZnO薄膜，发现通过降低生长氧压或提高Al掺杂浓度可使ZnO薄膜取向由(0001)向(100)转变，但其转变程度有限，且需要脉冲激光分别轰击Zn和Al金属靶调控薄膜组分，淀积过程复杂。Y. T. Ho等人(Epitaxy of m-plane ZnO on (112) LaAlO₃ substrate. Physica Status Solidi(RRL)-Rapid Research Letters, 2009, 3(4): 109-111)通过脉冲激光沉积在(112)取向的LaAlO₃单晶衬底上制备出(100)取向的ZnO薄膜，但其生长过程需在超高真空中进行，且要对LaAlO₃衬底进行化学处理和高温退火。 M. M. C. Chou等人( Epitaxial growth ofnonpolar m-plane ZnO (10-10) on large-size LiGaO₂ (100) substrates. ThinSolid Films, 2011, 519(11): 3627-3631.)通过化学气相沉积在与ZnO非极化晶面错配度较小的LiGaO₂ (100)单晶上生长出(100)取向的ZnO薄膜，但其技术关键需用提拉法制备大尺寸(直径~60mm，长度~140nn)的LiGaO₂ (100)单晶，原料成本昂贵。

综上，现有技术制备非极化取向的ZnO基材料，其过程复杂，成本昂贵，且必须依靠衬底作物理支撑，无法独立成膜，限制了其应用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种自形成非极化择优取向ZnO基多晶薄片的制备方法，本方法可通过传统简便的固相反应法，在高温烧结后的各向同性ZnO基多晶块材和刚玉坩埚间自发形成 (100)择优取向的ZnO基多晶薄片。

本发明所述非极化择优取向ZnO基多晶薄片的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将ZnO纳米粉末与金属氧化物纳米粉末混合均匀得到的混合粉末压制成各向同性ZnO基块材。