本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鋅納米柱陣列的制備方法。

背景技術(shù)：

氧化鋅是一種直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料,在短波長(zhǎng)發(fā)光二極管、激光二極管、和容量存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有十分誘人的應(yīng)用前景。zno納米陣列具有獨(dú)特的光電特性，具有可作為微型法珀腔的平整端面,為構(gòu)造zno納米激光器提供了便利條件。應(yīng)用在微電子和光電領(lǐng)域可以提高器件的工作特性，例如在led表面制作zno納米陣列結(jié)構(gòu)，利用表面散射和光波導(dǎo)機(jī)制，提高led的光抽取效率；在太陽能電池表面組裝zno納米陣列作為防反光涂層，有效提高太陽能電池的光伏效率；利用微機(jī)電技術(shù)zno納米陣列固態(tài)氣體傳感器具有高度靈敏度和快速響應(yīng)時(shí)間。本發(fā)明有望在微電子領(lǐng)域提高光電效率，在氣體傳感領(lǐng)域提高靈敏度、響應(yīng)時(shí)間等方面有重要應(yīng)用。

專利（cn105780118a）公開了一種采用電化學(xué)沉積方法制備氧化鋅納米柱陣列的制備方法。專利（cn105858712a）公開了一種利用水熱合成光學(xué)帶隙可調(diào)的氧化鋅納米柱陣列材料的制備方法及該方法得到的氧化鋅納米柱陣列材料。但是，這種上述方法制備得到的氧化鋅納米柱陣列的尺寸不均一，陣列有序度較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種制備高度有序、尺寸均勻的氧化鋅納米柱陣列的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種氧化鋅納米柱陣列的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟一，利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)（pecvd）在gan上沉積一層si3n4薄膜，然后利用納米壓印技術(shù)(nanoimprintinglithography)或電子束刻蝕技術(shù)(electronbeamlithography)把si3n4薄膜刻蝕出所需的納米陣列圖案，將制備好的gan模板浸入稀鹽酸溶液中，超聲清洗；在氮?dú)鈿夥障?00℃快速熱退火10min；用去離子水清洗gan模板，最后用氮?dú)獯蹈?，以備后用?/p>

步驟二，配制zn(no3)2和六甲基磷酸三酰胺溶液，將配制好的溶液放入冰箱，靜置3h以上，將上述冰鎮(zhèn)過的溶液混合，利用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢?，再利用超聲清洗機(jī)超聲震蕩，離心機(jī)離心去除沉淀物，穩(wěn)定的混合溶液作為zno納米柱陣列生長(zhǎng)的前驅(qū)溶液。

步驟三，zno納米柱陣列生長(zhǎng)步驟：設(shè)定烘箱溫度，生長(zhǎng)溫度控制在70-95℃，用銅膠帶把gan模板固定在載玻片上，倒置于前驅(qū)溶液中密封，在烘箱中重力輔助倒置生長(zhǎng)zno納米柱陣列3-5小時(shí)。

步驟四，生長(zhǎng)完成后，快速將樣品從溶液中取出，放入去離子水中，在80℃的加熱盤上采用熱清洗方法清洗干凈樣品上的各種殘留物；將清洗干凈的樣品小心夾起放入70℃的烘箱中烘烤10min烤干，得到zno納米陣列樣品。

進(jìn)一步地，步驟一中退火后的gan模板再次浸入稀鹽酸溶液中，超聲清洗，氮?dú)鈿夥障驴焖贌嵬嘶?。以去除gan模板制備過程中表面殘留的有機(jī)物以及吸附的雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，步驟二中配制zn(no3)2和六甲基磷酸三酰胺溶液，將配制好的溶液放入冰箱，靜置3h以上，將上述冰鎮(zhèn)過的溶液混合。利用離心機(jī)離心去除沉淀物。以得到充分混合好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的zno納米柱陣列生長(zhǎng)所需的前驅(qū)溶液。

進(jìn)一步地，步驟三中等烘箱內(nèi)溫度穩(wěn)定后把前驅(qū)溶液在烘箱預(yù)熱5min，用銅膠帶把gan模板固定在載玻片上，倒置于預(yù)熱好的前驅(qū)溶液中密封，在烘箱中重力輔助倒置生長(zhǎng)zno納米柱陣列3-5小時(shí)。

此步驟為本發(fā)明的關(guān)鍵，采用銅膠帶而不是普通膠帶（或其他方式）可以有效避免在前驅(qū)溶液中引入額外雜質(zhì)；生長(zhǎng)設(shè)備密封減少外部環(huán)境對(duì)生長(zhǎng)的影響（納米材料生長(zhǎng)受環(huán)境影響很大）；重力輔助倒置生長(zhǎng)一方面有利于zno納米柱陣列長(zhǎng)度方向（豎直向下方向）的生長(zhǎng)，同時(shí)可以有效避免生長(zhǎng)過程中zno微小顆粒沉淀在生長(zhǎng)模板上影響納米柱陣列生長(zhǎng)，提高zno納米柱陣列的有序度以及納米柱表面、側(cè)面的平整度。

進(jìn)一步地，步驟四中清洗過程為去離子水中進(jìn)行熱清洗，在80℃的加熱盤上多次清洗樣品。生長(zhǎng)結(jié)束后zno納米柱陣列中會(huì)吸附或殘留zn(no3)2和六甲基磷酸三酰胺，采用多次熱清洗以清洗干凈納米柱陣列縫隙間的zn(no3)2和六甲基磷酸三酰胺。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明納米材料，由水熱生長(zhǎng)法制成，在gan模板上制備得到氧化鋅納米柱陣列材料。在目前成熟的微電子加工技術(shù)背景下，采用水熱生長(zhǎng)法，在不使用額外特定設(shè)備，不需貴重化學(xué)試劑的條件下，大大提高了氧化鋅納米柱陣列材料的有序度、尺寸均一度。本發(fā)明的氧化鋅納米柱陣列的方法，制備成本低，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，易于推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備方法制備得到的氧化鋅納米柱陣列材料掃描電子顯微鏡平面視圖。

圖2為掃描電子顯微鏡30°傾斜視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和最優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但并不限定權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

一、利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(pecvd)在gan上沉積厚度為40納米的si3n4薄膜，然后利用納米壓印技術(shù)（nanoimprintlithography）制作納米陣列圖案，用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕si3n4制備得到帶有納米陣列圖案的gan模板。將制備好的gan模板浸入稀鹽酸（4%）溶液中，在超聲清洗儀中清洗10分鐘；在氮?dú)鈿夥障?00℃快速熱退火10分鐘（去除gan模板表面殘存的有機(jī)物）；退火后的gan模板再次浸入稀鹽酸（4%）溶液中，在超聲清洗儀中清洗10分鐘；用去離子水清洗gan模板，最后用氮?dú)獯蹈?，以備后用?/p>

二、配制zn(no3)2和六甲基磷酸三酰胺溶液(hexamethylenetetramine，簡(jiǎn)稱hmta)，將配制好的溶液放入冰箱，靜置3h以上，將冰鎮(zhèn)過的溶液混合，用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢?0min，再用超聲震蕩儀震蕩10分鐘，離心機(jī)離心去除沉淀物，作為zno納米柱陣列生長(zhǎng)的前驅(qū)溶液。

三、具體生長(zhǎng)步驟：將烘箱溫度設(shè)定為80℃，等烘箱內(nèi)溫度穩(wěn)定后把前驅(qū)溶液在烘箱預(yù)熱5分鐘，用銅膠帶把gan模板固定在載玻片上，倒置于預(yù)熱好的溶液中密閉，在烘箱中重力輔助倒置生長(zhǎng)zno納米柱陣列3小時(shí)。

四、生長(zhǎng)完成后，用夾子快速將樣品從溶液中取出，放入去離子水中，多次清洗；再次在去離子水中進(jìn)行熱清洗，在80℃的加熱盤上多次清洗樣品；將清洗干凈的樣品小心夾起放入70℃的烘箱中烘烤10分鐘，得到zno納米陣列樣品。掃描電子顯微鏡照片如圖1和圖2。從兩副圖中可以看到本發(fā)明制備方法制備得到的氧化鋅納米柱陣列，尺寸均一、排列高度有序。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種氧化鋅納米柱陣列的制備方法。利用目前工藝成熟的微電子加工技術(shù)，本發(fā)明在帶有納米陣列圖案的GaN模板上，以Zn(NO3)2和六甲基磷酸三酰胺水溶液作為ZnO納米柱陣列生長(zhǎng)的前驅(qū)溶液，采用水熱法重力輔助倒置生長(zhǎng)制備高度有序、尺寸均勻的ZnO納米柱陣列。通過制作不同圖案的納米陣列模板生長(zhǎng)不同的氧化鋅納米柱陣列；通過調(diào)整Zn(NO3)2和六甲基磷酸三酰胺濃度和納米柱陣列生長(zhǎng)溫度來調(diào)控納米柱尺寸。本發(fā)明通過調(diào)整不同的工藝參數(shù)可以制備各種高度有序、尺寸均勻的ZnO納米柱陣列。

技術(shù)研發(fā)人員：劉戰(zhàn)輝;張李驪;李慶芳;張雅男;邵紹峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京信息工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.08.14
技術(shù)公布日：2017.11.14