纳米小论文ZnO纳米半导体材料制备

1、ZnO纳米半导体材料制备ZnO纳米半导体材料制备摘要：纳米微粒的粒径一般在 1100nm，具有粒子尺寸小、比表面积大、表面原子数多、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大等特点，其组成的材料具有量子尺寸效应、表面效应、体积效应和宏观量子隧道效应，不同寻常的电学、磁学、光学和化学活性等特性，已在化工、制药、微电子、环境、能源、材料、军事、医学等领域展示了广泛的应用前景。文章阐述了一些制备ZnO纳米半导体材料的常用技术，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等。关键词：ZnO 制备 纳米材料 方法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3.37

2、eV，略低于GaN的3.39eV，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，所以在短波长光子学器件领域有较广的应用前景。此外，ZnO纳米半导体材料还可沉积在除Si以外的多种衬底上，如玻璃、Al2O3、GaAs等，并在0.4-2m的波长范围内透明，对器件相关电路的单片集成有很大帮助，在光电集成器件中具有很大的潜力。本文阐述了近年来ZnO纳米半导体材料的制备技术。 ZnO是一种应用较广的半导体材料，在很多光学器件和电学器件中有很广泛的应用，由此也产生了多种纳米半导体器件的制备方法，主要有以下几种：   1模板制备法

3、   模板制备法是一种用化学方法进行纳米材料制备的方法，被广泛地用来合成各种各样的纳米棒、纳米线、纳米管等。此种方法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征。科学家们已经利用孔径为40nm和20nm左右的多孔氧化铝模板得到了高度有序的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构成，并在此模板上沉积出ZnO纳米薄膜。此外，李长全、傅敏恭等人以十二烷基硫酸钠为模板制备出ZnO纳米管。该方法优点：较容易控制纳米产物的尺寸、形状。缺点：需要模板有较高的质量。 &#

4、160; 2物理气相沉积（PVD）   物理气相沉积可以用来制备一维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、蒸发或电离等过程，产生Zn粒子并与反应气体中的O反应，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法，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获得的一种新技术，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，在基体相对于材料间加负高压，产生辉光放电，通过电场作用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法已经制备出了一维

5、ZnO纳米半导体材料。优点：所得到的纳米产物纯度高，污染小；薄膜厚度易于控制；材料不受限制。但是这种方法对真空度要求较高。   3脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition)   脉冲激光沉积也称PLD，常用于纳米薄膜的制备。其工作原理就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，激光束与靶材相互作用而产生的粒子团喷射到衬底表面，通过控制气流速度控制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)方法,在常温常压空气环境下,在玻璃基底上得到ZnO纳米薄膜。该方法优点：制备的

6、薄膜物质比例与靶材相同；实验控制条件较少，易于控制；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控制，因此无法大面积生长均匀的薄膜。4分子束外延(Molecular Beam Epitaxy)   分子束外延(MBE)技术可以制备高质量薄膜。MBE技术可以在特定超高真空条件下较为精确的控制分子束强度，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。分子束外延设备主要包括超高真空系统、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。周映雪等人利用分子束外延(MBE) 和氧等离

7、子体源辅助MBE方法分别在三种不同衬底硅(100)、砷化镓(100)和蓝宝石(0001)上先制备合适的缓冲层，然后在缓冲层上得到外延生长的ZnO薄膜。该方法优点：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。目前常用于生长高质量的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，两种方法均已生长出高质量的ZnO薄膜。   5金属有机化合物气相沉积( Metal Organic Chemical Vapor Deposition):   金属有机化合物气相沉积(

8、MOCVD)是一种利用有机金属在加热衬底上的热分解反应进行气相外延生长薄膜的方法。反应室是MOCVD的核心部分，它对外延层厚度、组分均匀性、异质结界面梯度、本底杂质浓度以及产量有极大的影响。按反应室形状的不同，可分为水平式反应室和立式反应室，同时根据反应室的压力又可分为常压MOCVD和低压MOCVD。刘成有利用MOCVD方法制备出高质量的ZnO薄膜。在一定衬底温度及压强下,制备出ZnO纳米管。该方法优点是：薄膜可控性较强；适合大批量生产。其缺点有：需精确控制；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，而且还获得了MgZnO三元系薄膜。6激光诱导化学气相沉积法（LI

9、CVD）EI-shallM.S.等利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收，引起气体分子激光分解、热解、光敏化和激光诱导化学合成反应，在一定反应条件下合成纳米粒子。纳米ZnO是以惰性气体为载气，以锌盐为原料，用 CWCO2激光器为热源加热反应原料，使之与氧发生反应生成的LICVD法具有能量转换效率高，粒子大小均一，且不团聚，粒径大小可准确控制等优点。但成本高，产率低，难以实现工业化生产。7水热和溶剂热法水热法的原理是将反应物和水在高压釜中加热到高温高压，在水热的条件下加速离子反应和促进水解反应，使一些在常温常压下反应速度很慢的热力学反应，在水热条件下可实现反应快速化。无机晶体材料的溶剂热合成研究

10、是近二十年发展起来的，主要是指在非水有机溶剂热条件下的合成，用于区别水热合成，非水溶剂同时也起到传递压力，媒介和矿化剂的作用。非水溶剂代替水，不仅扩大了水热技术的应用范围，而且能够实现通常条件下无法实现的反应。水热及溶剂热合成与固相合成的差别主要在于反应机理上，固相反应的机理主要以界面扩散为其特点，而水热与溶剂热反应主要以液相反应为其特点。在溶剂热的条件下，由于ZnO的稳定相是六方相，加上极性生长，较易得到ZnO的一维纳米材料。 8微乳液法微乳液是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成均匀的乳液，从乳液中析出固体从而制备出一定粒径的纳米粉体。它通常是由表面活性剂、助表面活性剂，通常为醇

11、类、油相和水相按照适当的比例组成的各向同性、热力学稳定、低粘度、外观透明或半透明、粒径在纳米级的水包油或油包水的分散体系。用于制备纳米结构的反相微乳液体系一般由油连续相、水核及表面活性剂与助表面活性剂组成的界面三相构成。水核被表面活性剂与助表面活性剂组成的单分子层界面所包围，形成单一均匀的纳米级空间，所以可以看作一个“微型反应器”。由于微乳液是热力学稳定体系，在一定条件下具有保持稳定尺寸、自组装和自复制的能力，因此微乳液给人们提供了制备均匀尺寸纳米微粒的理想微环境。其中，新组织是相当重要的步骤。反相微乳液由于液滴直径小、分散性好，可控的粒径分布和形状，同时实验装置简单、操作容易等优点，所以这种

12、方法被广泛地应用于制备多种无极功能纳米材料化学反应自组装法。自组装法通常是在特定溶剂中及合适的溶液条件下，由原子、分子形成确定组分的原子团、超分子、分子集合体、纳米颗粒以及其他尺度的粒子基元，然后再经过组装成为具有纳米结构的介观材料和器件。自组装体系一般包括人工纳米结构组装体系，纳米结构自组装体系和分子自组装体系。人工自组装纳米结构由于仪器所限，目前还处于探索阶段。而纳米结构的自组装体系主要通过弱的和较小方向性的非共价键，如氢键、范德华力和弱的离子键协同作用把原子、离子或者分子连接在一起构筑成一个纳米结构。除上述纳米材料的常用制备技术，还有很多其他方法。随着科技的发展和高质量纳米产品的需求，人

13、们对纳米半导体材料的研究会更加深入，对其生长机理理解的更为透彻，随之纳米半导体材料制备技术将不断地发展和完善。高质量纳米半导体产品会不断出现，并被广泛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.纳米技术与精密工程,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纳米管新方法的研究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,