專利名稱：一種斜向ZnO納米線陣列及其生長方法
技術領域：
本發明涉及ZnO納米線陣列，尤其涉及一種斜向ZnO納米線陣列及其生長方法。
背景技術：
ZnO作為一種寬禁帶半導體材料，由于具有高達60 meV的激子束縛能，近年來成為發光二極管和紫外激光器等光電子器件的熱門備選材料，具有很好的應用潛力。一維ZnO 納米材料作為最優異的半導體納米材料之一，在光學、電輸運、壓電、光電、場發射、光催化、 稀磁等性能上具有顯著特點，因此在納米光電子器件上的應用也成為全世界的研究熱點。 目前，在一維ZnO納米材料研究領域，關注的重點包括一維ZnO納米材料的可控及高產率制備、結構與性能調控、納米器件組裝、納米材料及器件的性能測試與評估等方面。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、生長緩沖層、 生長納米線等。而合成納米線陣列的主要方法包括熱蒸發法、溶液法、脈沖激光沉積法 (PLD )、分子束外延法(MBE )、金屬有機化學氣相沉積法(MOCVD )等。溶液法雖然條件溫和， 且制備簡單，重復性高，但由于在反應過程中ZnO納米線是隨機合成的，因此取向性較差， 且晶體質量不高；而熱蒸發法合成的ZnO納米線陣列具有較高的晶體質量和相對較為簡單可行的方法而被廣泛采用。現階段報道的一維ZnO納米材料主要集中在垂直陣列上，也有少量關于側向或橫向納米線陣列的文獻報道。但高度有序的斜向生長ZnO納米線陣列鮮有報道，因此研發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。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種斜向ZnO納米線陣列及其生長方法。本發明的斜向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法生長，具體步驟如下
1)在 面藍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，將 面藍寶石襯底置于石英管的開口端一側；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室中， 石英管開口端處于氣流下方向，反應室真空度至少抽至20Pa，源材料加熱到85(T95(TC， 然后向反應室通入純氮氣和純氧氣，氮氣流量為9(T99sCCm，氧氣流量為flOsccm，在 100(Tl500Pa壓強下生長。本發明中，ZnO的純度大于99. 9%，石墨的純度大于99%，氮氣和氧氣的純度均高于 99. 99%ο本發明的有益效果在于1)利用該方法可直接生長斜向ZnO納米線陣列，無需任何催化劑或者有機模板，也無需光刻工藝，制備工藝簡單，易于操作，成本低。2)通過調節源材料加熱溫度、襯底與源材料的距離、源材料的質量和生長時間，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量。
圖1是實施例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。
具體實施例方式以下結合附圖，通過實例對本發明作進一步說明。實施例1
1)以m面藍寶石為襯底，利用脈沖激光沉積方法預先生長一層厚度為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，將 面藍寶石襯底置于石英管的開口端一側；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室中，石英管開口端處于氣流下方向，反應室真空度抽至10 Pa,源材料加熱到925°C，然后通過質量流量計向反應室通入純氮氣和純氧氣，氮氣流量為99Sccm，氧氣流量為lsccm， 在1300Pa壓強下生長30 min。本例生長的斜向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，長度為1(Γ 5μπι，ZnO納米線密度較大，規則排列。實施例2:
1)以m面藍寶石為襯底，利用脈沖激光沉積方法預先生長一層厚度為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，將 面藍寶石襯底置于石英管的開口端一側；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室中，石英管開口端處于氣流下方向，反應室真空度抽至10 Pa,源材料加熱到925°C，然后通過質量流量計向反應室通入純氮氣和純氧氣，氮氣流量為99Sccm，氧氣流量為lsccm， 在1300Pa壓強下生長30 min。本例生長的斜向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，長度為0. 5 1 μ m，ZnO納米線密度較小，規則排列。
權利要求
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.權利要求1所述的斜向ZnO納米線陣列的生長方法，其特征在于步驟如下1)在 面藍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，將 面藍寶石襯底置于石英管的開口端一側；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室中， 石英管開口端處于氣流下方向，反應室真空度至少抽至20Pa，源材料加熱到85(T95(TC， 然后向反應室通入純氮氣和純氧氣，氮氣流量為9(T99sCCm，氧氣流量為flOsccm，在 100(Tl500Pa壓強下生長。
全文摘要
本發明公開的斜向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。采用熱蒸發法生長。本發明的斜向ZnO納米線陣列的生長方法簡單易行，重復性高，通過調節源材料加熱溫度、襯底與源材料的距離、源材料的質量和生長時間，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量。
文檔編號C30B23/02GK102226297SQ20111016353
公開日2011年10月26日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日
發明者葉志鎮, 呂建國, 張宏海, 李洋, 楊曉朋, 黃 俊 申請人:浙江大學