[发明专利]一种氧化锌纳米线阵列结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳米材料制备领域，具体地，本发明涉及一种氧化锌纳米线阵列结构及其制备方法。

背景技术

氧化锌是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙宽禁带半导体，其带隙宽度达到3.37电子伏（eV），激子束缚能高达60毫电子伏（meV）。此外，氧化锌还具有显著的压电效应和良好的生物相容性。氧化锌能够形成形貌非常丰富的纳米结构，这些纳米材料还表现出体相氧化锌材料所不具有的独特性能，如量子限域效应、量子隧道效应等，引起了人们的广泛关注，在紫外光探测器、激光器、纳米发电机、热电转换、生物医用、透明导电薄膜等领域有非常广阔的应用前景。

氧化锌纳米线阵列是一种重要的纳米结构，因为其一维纳米线结构可以作为激光器的天然光学谐振腔；其阵列结构可以有效的散射入射光，增加光吸收；其一维结构还可以作为优良的载流子迁移轨道，减少载流子复合；其巨大的比表面积可以有效增加其作为传感器时的灵敏度等。

因而近十年来人们对氧化锌纳米线阵列的制备及应用研究的兴趣与日俱增。

目前氧化锌纳米线阵列已经在多个领域，如激光器、纳米发电机、紫外光探测、发光二极管、太阳能电池等，得到了广泛应用。

目前采用化学气相沉积法制备氧化锌纳米线阵列中普遍使用蓝宝石、氮化镓、氮化铝或氮化铝镓等作为基底，这些基底一是本身都非常昂贵，二是氧化锌纳米线和基底的界面处会由于晶格失配导致结构缺陷的产生，对光电性能产生不利的影响；另外，生长在蓝宝石、氮化镓等基底上的氧化锌纳米线阵列与基底材料无法脱离开来，有时会对基于氧化锌纳米线阵列的器件与其它光电子器件的集成造成一定的困扰。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术制备氧化锌纳米线阵列结构的缺陷，提供一种氧化锌纳米线阵列结构的制备方法。

本发明提供了一种氧化锌纳米线阵列结构的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将氧化锌、石墨粉和第一掺杂剂的混合物经过研磨后置于管式炉中的石英管中，并向该石英管中通入惰性气体和氧气的混合气体，进行第一次化学气相沉积，在石英管内生长出的掺杂的氧化锌微米带；

（2）将石英管内的掺杂的氧化锌微米带转移到硅片上，并将锌粉和第二掺杂剂的混合物经过研磨后置于所述掺杂的氧化锌微米带的上游处，然后一起放入管式炉的石英管中，并向该石英管中通入惰性气体和氧气的混合气体，进行第二次化学气相沉积。

在本发明中，首先利用化学气相沉积方法，以氧化锌、石墨粉和掺杂剂的混合物作为反应原料，先生长出掺杂的氧化锌微米带，然后，再以所获得的掺杂的氧化锌微米带作为基底，以锌粉和掺杂剂的混合物作为反应原料，依然采用化学气相沉积方法，从而在掺杂的氧化锌微米带上获得掺杂的氧化锌纳米线阵列结构。根据本发明获得的氧化锌纳米线阵列结构价格便宜，降低了制作成本，同时避免了由于氧化锌纳米线和基底材料之间晶格失配导致的结构缺陷，进而提高了氧化锌纳米线阵列的光电性能；另外，根据本发明制备的氧化锌纳米线阵列结构不依附于基底材料，便于转移，在光电器件制备和集成工艺中具有一定的优势。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明所用的化学气相沉积装置的示意图；

图2为本发明实施例1中制备的一种氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片，其中，纳米线阵列垂直于微米带的侧面生长；

图3为本发明实施例1中制备的一种氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片，其中，纳米线阵列与微米带侧面呈一定的角度生长；

图4为本发明实施例2中制备的一种氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片，其中，纳米线阵列垂直于微米带的侧面生长；

图5为本发明实施例2中制备的一种氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片，其中，纳米线阵列与微米带侧面呈一定的角度生长；

图6为本发明实施例3中制备的一种氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片，其中，纳米线阵列垂直于微米带的侧面生长；

图7为本发明实施例3中制备的一种氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片，其中，纳米线阵列与微米带侧面呈一定的角度生长；

图8为本发明实施例3中制备的氧化锌纳米线阵列结构的X射线粉末衍射（XRD）谱图；

图9和图10为对比例1制备的氧化锌纳米线阵列结构的扫描电子显微镜图片；