專利名稱：一種斜向ZnO納米線陣列及其生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ZnO納米線陣列，尤其涉及一種斜向ZnO納米線陣列及其生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
ZnO作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，由于具有高達(dá)60 meV的激子束縛能，近年來成為發(fā)光二極管和紫外激光器等光電子器件的熱門備選材料，具有很好的應(yīng)用潛力。一維ZnO 納米材料作為最優(yōu)異的半導(dǎo)體納米材料之一，在光學(xué)、電輸運(yùn)、壓電、光電、場(chǎng)發(fā)射、光催化、 稀磁等性能上具有顯著特點(diǎn)，因此在納米光電子器件上的應(yīng)用也成為全世界的研究熱點(diǎn)。 目前，在一維ZnO納米材料研究領(lǐng)域，關(guān)注的重點(diǎn)包括一維ZnO納米材料的可控及高產(chǎn)率制備、結(jié)構(gòu)與性能調(diào)控、納米器件組裝、納米材料及器件的性能測(cè)試與評(píng)估等方面。制備ZnO納米陣列的方法很多，基本步驟主要包括選擇合適的襯底、生長(zhǎng)緩沖層、 生長(zhǎng)納米線等。而合成納米線陣列的主要方法包括熱蒸發(fā)法、溶液法、脈沖激光沉積法 (PLD )、分子束外延法(MBE )、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(MOCVD )等。溶液法雖然條件溫和， 且制備簡(jiǎn)單，重復(fù)性高，但由于在反應(yīng)過程中ZnO納米線是隨機(jī)合成的，因此取向性較差， 且晶體質(zhì)量不高；而熱蒸發(fā)法合成的ZnO納米線陣列具有較高的晶體質(zhì)量和相對(duì)較為簡(jiǎn)單可行的方法而被廣泛采用?，F(xiàn)階段報(bào)道的一維ZnO納米材料主要集中在垂直陣列上，也有少量關(guān)于側(cè)向或橫向納米線陣列的文獻(xiàn)報(bào)道。但高度有序的斜向生長(zhǎng)ZnO納米線陣列鮮有報(bào)道，因此研發(fā)具有高度有序且密度可控的ZnO斜向一維納米材料具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種斜向ZnO納米線陣列及其生長(zhǎng)方法。本發(fā)明的斜向ZnO納米線陣列，其ZnO納米線與襯底表面呈55 65°夾角，向相反的方向交叉有序排列。斜向ZnO納米線陣列采用熱蒸發(fā)法生長(zhǎng)，具體步驟如下
1)在 面藍(lán)寶石襯底上沉積一層(100)取向的ZnO薄膜；
2)以純ZnO和純石墨按質(zhì)量比2:1混合作為源材料，稱量0.5^2g源材料放入一端開口的石英管的密閉端一側(cè)，將 面藍(lán)寶石襯底置于石英管的開口端一側(cè)；襯底與源材料距離為8-15cm，與石英管開口端之間的距離為廣IOcm;石英管放置在水平管式爐反應(yīng)室中， 石英管開口端處于氣流下方向，反應(yīng)室真空度至少抽至20Pa，源材料加熱到85(T95(TC， 然后向反應(yīng)室通入純氮?dú)夂图冄鯕猓獨(dú)饬髁繛?(T99sCCm，氧氣流量為flOsccm，在 100(Tl500Pa壓強(qiáng)下生長(zhǎng)。本發(fā)明中，ZnO的純度大于99. 9%，石墨的純度大于99%，氮?dú)夂脱鯕獾募兌染哂?99. 99%ο本發(fā)明的有益效果在于1)利用該方法可直接生長(zhǎng)斜向ZnO納米線陣列，無需任何催化劑或者有機(jī)模板，也無需光刻工藝，制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作，成本低。2)通過調(diào)節(jié)源材料加熱溫度、襯底與源材料的距離、源材料的質(zhì)量和生長(zhǎng)時(shí)間，可以制備尺寸和密度可控且分布均勻的斜向ZnO納米線陣列。3)所制 備的斜向ZnO納米線陣列具有高度的有序性和高的晶體質(zhì)量。


圖1是實(shí)施例1的斜向ZnO納米線陣列掃描電子顯微鏡(SEM)圖，其中左圖為俯視圖，右圖為斷面圖。圖2是實(shí)施例2的斜向ZnO納米線陣列掃描電子顯微鏡(SEM)圖，其中左圖為俯視圖，右圖為斷面圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，通過實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1
1)以m面藍(lán)寶石為襯底，利用脈沖激光沉積方法預(yù)先生長(zhǎng)一層厚度為IOOnm的(100) 取向ZnO薄膜為籽晶層。2)以純度均為99. 99%的ZnO和石墨按質(zhì)量比2:1混合作為源材料，稱量Ig源材料放入一端開口的石英管的密閉端一側(cè)，將 面藍(lán)寶石襯底置于石英管的開口端一側(cè)；襯底與源材料距離為10cm，與石英管開口端之間的距離為7cm;石英管放置在水平管式爐反應(yīng)室中，石英管開口端處于氣流下方向，反應(yīng)室真空度抽至10 Pa,源材料加熱到925°C，然后通過質(zhì)量流量計(jì)向反應(yīng)室通入純氮?dú)夂图冄鯕?，氮?dú)饬髁繛?9Sccm，氧氣流量為lsccm， 在1300Pa壓強(qiáng)下生長(zhǎng)30 min。本例生長(zhǎng)的斜向ZnO納米線陣列如圖1所示，ZnO納米線與襯底表面呈60°夾角， ZnO納米線直徑為15(T200nm，長(zhǎng)度為1(Γ 5μπι，ZnO納米線密度較大，規(guī)則排列。實(shí)施例2:
1)以m面藍(lán)寶石為襯底，利用脈沖激光沉積方法預(yù)先生長(zhǎng)一層厚度為IOOnm的(100) 取向ZnO薄膜為籽晶層。2)以純度均為99. 99%的ZnO和石墨按質(zhì)量比2:1混合作為源材料，稱量Ig源材料放入一端開口的石英管的密閉端一側(cè)，將 面藍(lán)寶石襯底置于石英管的開口端一側(cè)；襯底與源材料距離為12cm，與石英管開口端之間的距離為5cm;石英管放置在水平管式爐反應(yīng)室中，石英管開口端處于氣流下方向，反應(yīng)室真空度抽至10 Pa,源材料加熱到925°C，然后通過質(zhì)量流量計(jì)向反應(yīng)室通入純氮?dú)夂图冄鯕猓獨(dú)饬髁繛?9Sccm，氧氣流量為lsccm， 在1300Pa壓強(qiáng)下生長(zhǎng)30 min。本例生長(zhǎng)的斜向ZnO納米線陣列如圖2所示，ZnO納米線與襯底表面呈60°夾角， ZnO納米線直徑為100-150 nm，長(zhǎng)度為0. 5 1 μ m，ZnO納米線密度較小，規(guī)則排列。
權(quán)利要求
1.一種斜向ZnO納米線陣列，其特征在于所述的ZnO納米線與襯底表面呈55 65° 夾角，向相反的方向交叉有序排列。
2.權(quán)利要求1所述的斜向ZnO納米線陣列的生長(zhǎng)方法，其特征在于步驟如下1)在 面藍(lán)寶石襯底上沉積一層(100)取向的ZnO薄膜；2)以純ZnO和純石墨按質(zhì)量比2:1混合作為源材料，稱量0.5^2g源材料放入一端開口的石英管的密閉端一側(cè)，將 面藍(lán)寶石襯底置于石英管的開口端一側(cè)；襯底與源材料距離為8-15cm，與石英管開口端之間的距離為廣IOcm;石英管放置在水平管式爐反應(yīng)室中， 石英管開口端處于氣流下方向，反應(yīng)室真空度至少抽至20Pa，源材料加熱到85(T95(TC， 然后向反應(yīng)室通入純氮?dú)夂图冄鯕?，氮?dú)饬髁繛?(T99sCCm，氧氣流量為flOsccm，在 100(Tl500Pa壓強(qiáng)下生長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開的斜向ZnO納米線陣列，其ZnO納米線與襯底表面呈55～65°夾角，向相反的方向交叉有序排列。采用熱蒸發(fā)法生長(zhǎng)。本發(fā)明的斜向ZnO納米線陣列的生長(zhǎng)方法簡(jiǎn)單易行，重復(fù)性高，通過調(diào)節(jié)源材料加熱溫度、襯底與源材料的距離、源材料的質(zhì)量和生長(zhǎng)時(shí)間，可以制備尺寸和密度可控且分布均勻的斜向ZnO納米線陣列。所制備的斜向ZnO納米線陣列具有高度的有序性和高的晶體質(zhì)量。
文檔編號(hào)C30B23/02GK102226297SQ20111016353
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 呂建國(guó), 張宏海, 李洋, 楊曉朋, 黃 俊 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)