一種密封微孔敞口的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用化學(xué)氣相沉積ZnO納米層密封微孔敞口的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]ZnO作為一種典型的η型、I1-VI族直接帶隙、寬禁帶(室溫下Eg約3.37eV)半導(dǎo)體材料，適用于短波短波光電器件的應(yīng)用，不同于其他寬禁帶半導(dǎo)體，其室溫下激子結(jié)合能高達60meV，是室溫?zé)犭x化能(26meV)的2.4倍，在室溫下激子不會被熱離化。在室溫下ZnO微納材料由于具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，獨特的壓電、熱電和光電性能以及優(yōu)異的生物相容性而備受關(guān)注。根據(jù)這些特性，被認(rèn)為是新型光電子元件的理想材料。目前，ZnO微納材料已廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管(LED)、光電傳感器、納米發(fā)電機、抗反射涂層、、薄膜電致發(fā)光元件、防紫外線材料、激光器材料，染料敏化太陽能電池中的過渡層等。
[0003]目前常用的沉積方法有電化學(xué)沉積、溶膠一凝膠法、原子層沉積、電子或離子輔助沉積、濺射、蒸鍍等。已公開的如運用電化學(xué)沉積在孔表面沉積Au和Pt[l] (WeiR S，Pedone D, Zurner A，et al.Fabricat1n of metallized nanopores in siliconnitride membranes for single-molecule sensing.Small, 2010，6:1406 - 1414)、利用原子層沉積(ALD)在孔表面沉積 A1203 [2] (Chen P，Mitsui T，F(xiàn)armer D B，et al.Atomiclayer deposit1n to fine-tune the surface properties and diameters offabricated nanopores.Nano Lett, 2004，4:1333 - 1337)、電子或離子輔助沉積使四乙基原娃酸鹽氣體與水蒸氣在娃表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，誘發(fā)Si02沉積在孔表面[3] (DanelonC, Santschi C, Brugger J, et al.Fabricat1n and funct1nalizat1n of nanochannelsby electron-beam-1nduced silicon oxide deposit1n.Langmuir, 2006,22:10711 -10715，，or “Nilsson J, Lee J R I, Ratto T V, et al.Localized funct1nalizat1n ofsingle nanopores.Adv Mater, 2006，18:427 - 431 ”)。這些方法對于孔的沉積過程均是由孔壁兩側(cè)開始向中心沉積，對于在孔上方平面沉積封孔的方法還未見報道。并且原子層沉積過程不連續(xù)、復(fù)雜的表面化學(xué)過程和較低的沉積速度；溶膠-凝膠法中凝膠中液體量大，在薄膜干燥過程中容易產(chǎn)生開裂和大的收縮，薄膜厚度的均勻性較難控制；有機溶劑有毒性，對人體有害污染環(huán)境；工藝周期較長；濺射得到的鍍層厚度不均勻，裝置過于復(fù)雜，沉積速率低，運行成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種密封微孔敞口的工藝，一種基于化學(xué)氣相沉積ZnO納米層的新型敞口微孔密封工藝。利用Au催化輔助化學(xué)氣相沉積法制備ZnO納米材料對微米量級敞口進行密封，選用帶有微米量級孔的Si3N4薄膜為基底，采用碳熱還原法以石墨與ZnO粉末為反應(yīng)源，封孔材料平鋪孔洞上方，垂直覆蓋孔區(qū)域，而不是從孔壁兩側(cè)開始沉積向中心發(fā)展，通過控制沉積的溫度和時間來控制微孔表面的沉積速率，最終形成氧化鋅封孔鍍層，達到平面覆蓋微孔的目的。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]—種密封微孔敞口的工藝，使用Au催化輔助化學(xué)氣相沉積法在含有微孔的基底上沉積ZnO納米鍍層，在Ar與O2的存在條件下，保持氣壓為25_45KPa，溫度為900?1000°C進行沉積。
[0007]進一步，所述基底為Si3N4基底、S12基底或Hf2O5基底。
[0008]進一步，所述氣壓為30KPa，所述溫度為960 °C。
[0009]所述一種密封微孔敞口的工藝，步驟如下:
[0010]I)將ZnO粉末和碳粉末按質(zhì)量比1:1混合均勻，將混合粉末置于剛玉舟中；
[0011 ] 2)在含有微孔基底的孔周圍區(qū)域濺射適量Au，將含有微孔的基底置于容器上，并使微孔敞口對著混合粉末，所述容器為剛玉舟、石英舟或坩禍；
[0012]3)將容器置于化學(xué)氣相沉積設(shè)備的管式爐中心位置，氣室抽真空，管式爐升溫速率為10-250C /min/min，當(dāng)溫度升至600°C時，將載氣Ar與02以10sccm:1.5sccm的比例混合同時通入氣室，保持生長氣壓于30KPa穩(wěn)定，溫度升溫至960°C后停止升溫并保持這種條件進行沉積，根據(jù)孔尺寸大小控制沉積時間。
[0013]進一步，所述ZnO納米鍍層由交叉生長的氧化鋅薄膜、納米線、納米片或納米柱構(gòu)成。
[0014]所述密封微孔敞口的工藝處理的基底。
[0015]所述基底作為承載、透波和熱防護材料的應(yīng)用。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]1、本發(fā)明所采用的封孔材料平鋪孔洞上方，垂直覆蓋孔區(qū)域，而不是從孔壁兩側(cè)開始沉積向中心發(fā)展，通過控制沉積的溫度和時間來控制微孔表面的沉積速率，最終形成氧化鋅封孔鍍層，達到平面覆蓋微孔的目的。
[0018]2、垂直覆蓋在孔上方的氧化鋅鍍層有均勻致密的薄膜、交叉生長的氧化鋅納米線、納米片或納米柱構(gòu)成的氧化鋅納米線層，納米層的厚度、面積及致密程度可控，形成的納米材料結(jié)構(gòu)確定、有序、可實現(xiàn)高的比表面積。
[0019]3、加入Au作催化劑可以使得到的氧化鋅鍍層的形貌豐富多樣，可以根據(jù)不同用途來確定鍍層形貌。封孔處理后的Si3N4可作為DNA測序、承載、透波、熱防護、及多孔薄膜材料，易刻蝕而使后繼工藝加工更方便，沉積得到多形態(tài)的ZnO納米結(jié)構(gòu)可用于半導(dǎo)體納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:
[0021]圖1為Au催化輔助化學(xué)氣相沉積生長裝置示意圖；
[0022]圖2為對直徑為5 μ m圓孔進行封孔的SEM圖像；
[0023]圖3為對邊長為35 μ m方孔進行封孔的SEM圖像；
[0024]圖4為對邊長為450方孔進行封孔的SEM圖像；
[0025]圖5為孔區(qū)域納米鍍層截面形貌；
[0026]圖6為孔區(qū)域納米鍍層的不同形貌；
[0027]圖7為孔直徑、孔厚與生長時間的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細(xì)的描述。
[0029]本發(fā)