在矽片上複合ZnO錐狀納米結構的半導體材料及其製備方法
2023-08-12 22:24:01 1
專利名稱：在矽片上複合ZnO錐狀納米結構的半導體材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及光電子材料、半導體材料與器件技術領域，具體地說是一種 在矽襯底上生長Zn0錐狀納米結構的半導體材料及其製備方法。
背景技術：
ZnO是一種直接帶隙的寬禁帶半導體，並且具有較大的激子束縛能，在光 電子器件中有很大的應用前景，又由於其熱穩定性，高機械強度和化學穩定 性等特殊性質，引起了人們對其納米結構的場發射特性研究的興趣。
近來，人們利用各種方法(溶液法，分子束外延，脈衝雷射沉積，金屬 有機物化學氣相沉積等)製備出了各種不同的一維ZnO納米結構，例如納米線， 納米帶，納米針，納米鉛筆，納米棒等，並對這些納米結構的光電特性進行 了研究。但是能應用於大規模生產的方法很少，且反應條件苛刻，生產成本 咼昂。
發明內容
本發明的目的之一在於提供一種在矽襯底上複合ZnO錐狀納米結構的半 導體材料，即採用醋酸鋅(Zn(CH3C00)2)水溶液加入氨水置於高壓釜中反應， 得到ZnO錐狀納米結構。
本發明的第二個目的在於提供上述材料的製備方法，以解決現有ZnO納米 材料製備方法條件苛刻，成本高的問題，提供一種低成本，高重複性，適用 於大規模工業生產的新方法。
為實現上述發明目的，本發明採用下述技術方案
一種在矽片上複合ZnO錐狀納米結構的半導體材料，包括襯底，其特點在於該襯底採用矽片，該襯底表面生長有ZnO晶體；所述的ZnO晶體沿垂直於矽 襯底方向生長。
上述的ZnO晶體為六角纖鋅礦尖錐型結構，長度為5 l(V/m，底端直徑為 3 6//m，尖端為100 150nm。
製備上述半導體材料的方法包括以下具體步驟
a、 配置反應溶液將醋酸鋅(Zn(CH3C00)2)粉末溶於水中，再加入氨水， 調節溶液的pH值範圍在7. 2 8。
b、 在矽片上生長ZnO錐狀納米結構先將清洗乾淨的矽片放入高壓釜中， 再將上述的溶液倒入高壓釜，將高壓釜密封好後放入鼓風乾燥箱，在50 70 'C溫度下保持反應5 7小時，自然降溫後即可製得所需材料。
所述反應是在密封的高壓釜中進行的。
本發明與現有技術相比，具有成本低，生長溫度低，重複性高等優點， 且生成的ZnO錐狀納米結構具有納米級的尖端，底部是六角狀結構，其獨特的 構造，使得它可用於高效的場發射材料，且可用於製作各種精密儀器的探頭。 且本發明採用矽片作為襯底，將ZnO錐狀納米結構生長在矽襯底上，可結合目 前成熟的半導體矽集成電路工藝，適合於集成納米光電子器件的發展。
圖1是錐狀納米結構的X射線衍射圖
圖2是大量錐狀納米結構的SEM圖
圖3是錐狀納米結構的放大倍數的SEM圖具體實施方式
實施例1
a、配置反應溶液將醋酸鋅(Zn(CH3C00)2)粉末溶於水中，再加入氨水，調節溶液的pH值在7.5。
b、在矽片上生長ZnO錐狀納米結構先將清洗乾淨的矽(100)片放入高 壓釜中，再將上述的溶液倒入高壓釜，將高壓釜密封好後放入鼓風乾燥箱， 在6(TC溫度下保持反應6小時，自然降溫後即可製得所需材料。 實施例2
a、 配置反應溶液將醋酸鋅(Zn(CH3C00)2)粉末溶於水中，再加入氨水， 調節溶液的pH值在8。
b、 在矽片上生長ZnO錐狀納米結構先將清洗乾淨的矽(111)片放入高 壓釜中，再將上述的溶液倒入高壓釜，將高壓釜密封好後放入鼓風乾燥箱， 在65。C溫度下保持反應5. 5小時，自然降溫後即可製得所需材料。
權利要求
1、一種在矽片上複合ZnO錐狀納米結構的半導體材料，包括襯底，其特徵在於該襯底採用矽片，其表面生長有ZnO晶體；所述的ZnO晶體沿垂直於矽襯底方向生長。
2、 根據權利要求1所述的半導體材料，其特徵在於上述的Zn0晶體為六 角纖鋅礦尖錐型結構，長度為5-10/to，底端直徑為3 6/4n,尖端為100 150nm。
3、 一種權利要求1所述半導體材料的製備方法，其特徵在於該方法包括 以下具體步驟-a、 配置反應溶液將醋酸鋅(Zn(CH3C00)2)粉末溶於水中，再加入氨水， 調節溶液的pH值在7.2 8;b、 在矽片上生長ZnO錐狀納米結構:先將清洗乾淨的矽片放入高壓釜中， 再將上述的溶液倒入高壓釜，將高壓釜密封好後放入鼓風乾燥箱，在50 70 "溫度下保持反應5 7小時，自然降溫後，即製得在矽片上複合ZnO錐狀納 米結構的半導體材料。
4、 根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於反應是在密封的高壓釜 中進行。
全文摘要
本發明公開了一種在矽片上複合ZnO錐狀納米結構的半導體材料及其製備方法，其材料包括襯底，該襯底採用矽片，襯底表面生長有ZnO晶體；所述的ZnO晶體沿垂直於矽襯底方向生長並呈六角纖鋅礦尖錐型結構，長度為5～10μm，底端直徑為3～6μm，尖端為100～150nm；製備方法採用醋酸鋅水溶液加入氨水置於高壓釜中反應，得到ZnO錐狀納米結構。本發明具有成本低，生長溫度低，重複性高等優點，且生成的ZnO錐狀納米結構具有納米級的尖端，底部是六角狀結構，其獨特的構造，使得它可用於高效的場發射材料，且可用於製作各種精密儀器的探頭；也可結合目前成熟的半導體矽集成電路工藝，適合於集成納米光電子器件的發展。
文檔編號B82B3/00GK101580405SQ20091005261
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月5日 優先權日2009年6月5日
發明者朱自強, 李立珺, 陽 汪, 可 鬱 申請人:華東師範大學