ZnO纳米半导体材料制备.doc

1、ZnO纳米半导体材料制备摘要：文章论述了一些制备 ZnO纳米半导体材料的经常使用技术，如模板制备法、物理气相沉积、脉冲激光沉积、分子束外延、金属有机化合物气相沉积，并分析了各类方式的优缺点。关键词： ZnO；模板制备法 ;PVD;PLD;金属有机化合物气相沉积随着科学和商业的飞速进展，人们对纳米半导体材料有了加倍深切的熟悉，对其在光学器件和电学器件方面的应用产生了浓厚的爱好。最初人们在研究 ZnSe和 GaN等短波长纳米半导体材料方面取得了必然的进展，GaN制备蓝绿光 LED的技术已经相当做熟。可是，由于 ZnSe稳固性较差，一直使之无法商品化生产。在长期的对宽带半导体材料的科学研究中，人们发

2、觉 ZnO半导体纳米材料具有更多的优势。 ZnO是一种新型的宽禁带半导体氧化物材料， 室温下能带宽度为， 略低于 GaN 的，其激子束缚能（ 60meV）远大于 GaN（25meV）的激子束缚能。由于纳米 ZnO在紫外波段有较强的激子跃迁发光特性，因此在短波长光子学器件领域有较广的应用前景。另外， ZnO 纳米半导体材料还可沉积在除 Si 之外的多种衬底上，如玻璃、 Al2O3、GaAs等，并在 m的波长范围内透明，对器件相关电路的单片集成有专门大帮忙，在光电集成器件中具有专门大的潜力。本文论述了最近几年来 ZnO纳米半导体材料的制备技术，并对这些技术的优缺点进行了分析。ZnO 是一种应用较广

3、的半导体材料，在很多光学器件和电学器件中有很普遍的应用，由此也产生了多种纳米半导体器件的制备方式，要紧有以下几种：1 模板制备法模板制备法是一种用化学方式进行纳米材料制备的方式，被普遍地用来合成各类各样的纳米棒、纳米线、纳米管等。此种方式使分散的纳米粒子在已做好的纳米模板中成核和生长，因此，纳米模板的尺寸和形状决定了纳米产物的外部特点。科学家们已经利用孔径为40nm 和20nm左右的多孔氧化铝模板取得了高度有序的ZnO纳米线。郑华均等人用电化学阳极氧化- 化学溶蚀技术制备出了一种新型铝基纳米点阵模板，此模板由无数纳米凹点和凸点组成，并在此模板上沉积出ZnO纳米薄膜。另外，李长全、傅敏恭等人以十

4、二烷基硫酸钠为模板制备出 ZnO纳米管。该方式优势：较容易操纵纳米产物的尺寸、形状。缺点：需要模板有较高的质量。2 物理气相沉积（ PVD）物理气相沉积能够用来制备一维ZnO纳米线和二维 ZnO纳米薄膜，原理是通过对含 Zn 材料进行溅射、蒸发或电离等进程，产生Zn 粒子并与反映气体中的O反映，生成 ZnO化合物，在衬底表面沉积。物理气象沉积技术已经演化出三种不同的方式，它们是真空蒸发法，真空溅射法和离子镀，离子镀是目前应用较广的。离子镀是人们在实践中取得的一种新技术，将真空蒸发法和溅射法结合起来，在高真空环境中加热材料使之汽化后通入氢气，在基体相关于材料间加负高压，产生辉光放电，通过电场作用

5、使大量被电离的材料的正离子射向负高压的衬底，进行沉积。张琦锋、孙晖等人用气相沉积方式已经制备出了一维 ZnO纳米半导体材料。优势：所取得的纳米产物纯度高，污染小；薄膜厚度易于操纵； 材料不受限制。 可是这种方式对真空度要求较高。3 脉冲激光沉积 (PulsedLaserDeposition)脉冲激光沉积也称PLD，经常使用于纳米薄膜的制备。其工作原理确实是用特定波长和功率的激光脉冲聚焦光束，溅射真空状态下特定气压中的加热靶材，激光束与靶材彼此作用而产生的粒子团喷射到衬底表面，通过操纵气流速度操纵材料在衬底表面的沉积速度。牛海军等人用一种新颖的垂直靶向脉冲激光沉积(VTPLD)方式 , 在常温常

6、压空气环境下 , 在玻璃基底上取得ZnO纳米薄膜。该方式优势：制备的薄膜物质比例与靶材相同；实验操纵条件较少，易于操纵；衬底温度要求较低。缺点：薄膜杂志较多；单纯溅射产生的粒子团密度不易操纵，因此无法大面积生长均匀的薄膜。4 分子束外延 (MolecularBeamEpitaxy)分子束外延 (MBE)技术能够制备高质量薄膜。 MBE技术能够在特定超高真空条件下较为精准的操纵分子束强度，把分子束入射到被加热的基片上，可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。分子束外延设备要紧包括超高真空系统、分子束源、样品架、四极质谱计 QMS和反射式高能电子衍射装置RHEED。周映雪等人利用分

7、子束外延 (MBE)和氧等离子体源辅助MBE方式别离在三种不同衬底硅(100) 、砷化镓 (100) 和蓝宝石 (0001) 上先制备适合的缓冲层，然后在缓冲层上取得外延生长的 ZnO薄膜。该方式优势：生长速度极慢，每秒 110；薄膜可控性较强；外延生长所需温度较低。缺点：真空环境要求较高；无法大量生产。目前经常使用于生长高质量的ZnO薄膜分子束外延有两种：一种是等离子增强，另一种是激光，两种方式均已生长出高质量的ZnO薄膜。5金属有机化合物气相沉积(MetalOrganicChemicalVaporDeposition):金属有机化合物气相沉积(MOCVD)是一种利用有机金属在加热衬底上的热

8、分解反映进行气相外延生长薄膜的方式。反映室是MOCVD的核心部份，它对外延层厚度、组分均匀性、异质结界面梯度、本底杂质浓度和产量有极大的阻碍。按反映室形状的不同，可分为水平式反映室和立式反映室，同时依照反映室的压力又可分为常压MOCVD和低压MOCVD。刘成有利用 MOCVD方式制备出高质量的ZnO薄膜。在必然衬底温度及压强下 , 制备出 ZnO纳米管。该方式优势是：薄膜可控性较强；适合大量量生产。其缺点有：需精准操纵；传输气体有毒性。但目前不仅利用 MOCVD法已生长出较高质量的ZnO薄膜，而且还取得了 MgZnO三元系薄膜。除上述纳米材料的经常使用制备技术，还有很多其他方式。随着科技的进展

9、和高质量纳米产品的需求，人们对纳米半导体材料的研究会加倍深切，对其生长机理明白得的更为透彻，随之纳米半导体材料制备技术将不断地进展和完善。高质量纳米半导体产品会不断显现，并被普遍的应用于人们的生活中。参考文献：1 谢自力 , 张荣 , 修向前 , 等.GaN 纳米线材料的特性和制备技术 J.纳米技术与周密工程 ,2004,2(3):187-192.2 张利宁 , 李清山 , 潘志峰 . 模板合成法制备 ZnO纳米线的研究 J. 量子电子学报 ,2006,(4).3 李长全 , 傅敏恭 . 十二烷基硫酸钠为模板制备 ZnO 纳米管新方式的研究 J. 无机化学学报 ,2006,(9).4 张琦锋 , 孙晖 , 潘光虎 , 等. 维纳米结构氧化锌材料的气相沉积制备及生长特性研究 J. 真空科学与技术学报 ,2006,26(1).5 牛海军 , 樊丽权 , 李晨明 , 等. 垂直靶向脉冲激光沉积制备 ZnO 纳米薄膜 J. 光电子 激光 2007,18(3).6 周映雪 , 俞根才 , 吴志浩 , 等.ZnO 薄膜的分子束外