1、ZnO納米半導體材料制備ZnO納米半導體材料制備摘要：納米微粒的粒徑一般在 1100nm，具有粒子尺寸小、比表面積大、表面原子數多、表面能和表面張力隨粒徑的下降急劇增大等特點，其組成的材料具有量子尺寸效應、表面效應、體積效應和宏觀量子隧道效應，不同尋常的電學、磁學、光學和化學活性等特性，已在化工、制藥、微電子、環境、能源、材料、軍事、醫學等領域展示了廣泛的應用前景。文章闡述了一些制備ZnO納米半導體材料的常用技術，如模板制備法、物理氣相沉積、脈沖激光沉積、分子束外延、金屬有機化合物氣相沉積等。關鍵詞：ZnO 制備 納米材料 方法ZnO是一種新型的寬禁帶半導體氧化物材料，室溫下能帶寬度為3.37

2、eV，略低于GaN的3.39eV，其激子束縛能（60meV）遠大于GaN（25meV）的激子束縛能。由于納米ZnO在紫外波段有較強的激子躍遷發光特性，所以在短波長光子學器件領域有較廣的應用前景。此外，ZnO納米半導體材料還可沉積在除Si以外的多種襯底上，如玻璃、Al2O3、GaAs等，并在0.4-2m的波長范圍內透明，對器件相關電路的單片集成有很大幫助，在光電集成器件中具有很大的潛力。本文闡述了近年來ZnO納米半導體材料的制備技術。 ZnO是一種應用較廣的半導體材料，在很多光學器件和電學器件中有很廣泛的應用，由此也產生了多種納米半導體器件的制備方法，主要有以下幾種：   1模板制備法

3、   模板制備法是一種用化學方法進行納米材料制備的方法，被廣泛地用來合成各種各樣的納米棒、納米線、納米管等。此種方法使分散的納米粒子在已做好的納米模板中成核和生長，因此，納米模板的尺寸和形狀決定了納米產物的外部特征。科學家們已經利用孔徑為40nm和20nm左右的多孔氧化鋁模板得到了高度有序的ZnO納米線。鄭華均等人用電化學陽極氧化-化學溶蝕技術制備出了一種新型鋁基納米點陣模板，此模板由無數納米凹點和凸點構成，并在此模板上沉積出ZnO納米薄膜。此外，李長全、傅敏恭等人以十二烷基硫酸鈉為模板制備出ZnO納米管。該方法優點：較容易控制納米產物的尺寸、形狀。缺點：需要模板有較高的質量。 &#

4、160; 2物理氣相沉積（PVD）   物理氣相沉積可以用來制備一維ZnO納米線和二維ZnO納米薄膜，原理是通過對含Zn材料進行濺射、蒸發或電離等過程，產生Zn粒子并與反應氣體中的O反應，生成ZnO化合物，在襯底表面沉積。物理氣象沉積技術已經演化出三種不同的方法，它們是真空蒸發法，真空濺射法和離子鍍，離子鍍是目前應用較廣的。離子鍍是人們在實踐中獲得的一種新技術，將真空蒸發法和濺射法結合起來，在高真空環境中加熱材料使之汽化后通入氫氣，在基體相對于材料間加負高壓，產生輝光放電，通過電場作用使大量被電離的材料的正離子射向負高壓的襯底，進行沉積。張琦鋒、孫暉等人用氣相沉積方法已經制備出了一維

5、ZnO納米半導體材料。優點：所得到的納米產物純度高，污染小；薄膜厚度易于控制；材料不受限制。但是這種方法對真空度要求較高。   3脈沖激光沉積(Pulsed Laser Deposition)   脈沖激光沉積也稱PLD，常用于納米薄膜的制備。其工作原理就是用特定波長和功率的激光脈沖聚焦光束，濺射真空狀態下特定氣壓中的加熱靶材，激光束與靶材相互作用而產生的粒子團噴射到襯底表面，通過控制氣流速度控制材料在襯底表面的沉積速度。牛海軍等人用一種新穎的垂直靶向脈沖激光沉積(VTPLD)方法,在常溫常壓空氣環境下,在玻璃基底上得到ZnO納米薄膜。該方法優點：制備的

6、薄膜物質比例與靶材相同；實驗控制條件較少，易于控制；襯底溫度要求較低。缺點：薄膜雜志較多；單純濺射產生的粒子團密度不易控制，因此無法大面積生長均勻的薄膜。4分子束外延(Molecular Beam Epitaxy)   分子束外延(MBE)技術可以制備高質量薄膜。MBE技術可以在特定超高真空條件下較為精確的控制分子束強度，把分子束入射到被加熱的基片上，可使分子或原子按晶體排列一層層地“長”在基片上形成薄膜。分子束外延設備主要包括超高真空系統、分子束源、樣品架、四極質譜計QMS和反射式高能電子衍射裝置RHEED。周映雪等人利用分子束外延(MBE) 和氧等離

7、子體源輔助MBE方法分別在三種不同襯底硅(100)、砷化鎵(100)和藍寶石(0001)上先制備合適的緩沖層，然后在緩沖層上得到外延生長的ZnO薄膜。該方法優點：生長速度極慢，每秒110；薄膜可控性較強；外延生長所需溫度較低。缺點：真空環境要求較高；無法大量生產。目前常用于生長高質量的ZnO薄膜分子束外延有兩種：一種是等離子增強，另一種是激光，兩種方法均已生長出高質量的ZnO薄膜。   5金屬有機化合物氣相沉積( Metal Organic Chemical Vapor Deposition):   金屬有機化合物氣相沉積(

8、MOCVD)是一種利用有機金屬在加熱襯底上的熱分解反應進行氣相外延生長薄膜的方法。反應室是MOCVD的核心部分，它對外延層厚度、組分均勻性、異質結界面梯度、本底雜質濃度以及產量有極大的影響。按反應室形狀的不同，可分為水平式反應室和立式反應室，同時根據反應室的壓力又可分為常壓MOCVD和低壓MOCVD。劉成有利用MOCVD方法制備出高質量的ZnO薄膜。在一定襯底溫度及壓強下,制備出ZnO納米管。該方法優點是：薄膜可控性較強；適合大批量生產。其缺點有：需精確控制；傳輸氣體有毒性。但目前不僅利用MOCVD法已生長出較高質量的ZnO薄膜，而且還獲得了MgZnO三元系薄膜。6激光誘導化學氣相沉積法（LI

9、CVD）EI-shallM.S.等利用反應氣體分子對特定波長激光束的吸收，引起氣體分子激光分解、熱解、光敏化和激光誘導化學合成反應，在一定反應條件下合成納米粒子。納米ZnO是以惰性氣體為載氣，以鋅鹽為原料，用 CWCO2激光器為熱源加熱反應原料，使之與氧發生反應生成的LICVD法具有能量轉換效率高，粒子大小均一，且不團聚，粒徑大小可準確控制等優點。但成本高，產率低，難以實現工業化生產。7水熱和溶劑熱法水熱法的原理是將反應物和水在高壓釜中加熱到高溫高壓，在水熱的條件下加速離子反應和促進水解反應，使一些在常溫常壓下反應速度很慢的熱力學反應，在水熱條件下可實現反應快速化。無機晶體材料的溶劑熱合成研究

10、是近二十年發展起來的，主要是指在非水有機溶劑熱條件下的合成，用于區別水熱合成，非水溶劑同時也起到傳遞壓力，媒介和礦化劑的作用。非水溶劑代替水，不僅擴大了水熱技術的應用范圍，而且能夠實現通常條件下無法實現的反應。水熱及溶劑熱合成與固相合成的差別主要在于反應機理上，固相反應的機理主要以界面擴散為其特點，而水熱與溶劑熱反應主要以液相反應為其特點。在溶劑熱的條件下，由于ZnO的穩定相是六方相，加上極性生長，較易得到ZnO的一維納米材料。 8微乳液法微乳液是利用兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成均勻的乳液，從乳液中析出固體從而制備出一定粒徑的納米粉體。它通常是由表面活性劑、助表面活性劑，通常為醇

11、類、油相和水相按照適當的比例組成的各向同性、熱力學穩定、低粘度、外觀透明或半透明、粒徑在納米級的水包油或油包水的分散體系。用于制備納米結構的反相微乳液體系一般由油連續相、水核及表面活性劑與助表面活性劑組成的界面三相構成。水核被表面活性劑與助表面活性劑組成的單分子層界面所包圍，形成單一均勻的納米級空間，所以可以看作一個“微型反應器”。由于微乳液是熱力學穩定體系，在一定條件下具有保持穩定尺寸、自組裝和自復制的能力，因此微乳液給人們提供了制備均勻尺寸納米微粒的理想微環境。其中，新組織是相當重要的步驟。反相微乳液由于液滴直徑小、分散性好，可控的粒徑分布和形狀，同時實驗裝置簡單、操作容易等優點，所以這種

12、方法被廣泛地應用于制備多種無極功能納米材料化學反應自組裝法。自組裝法通常是在特定溶劑中及合適的溶液條件下，由原子、分子形成確定組分的原子團、超分子、分子集合體、納米顆粒以及其他尺度的粒子基元，然后再經過組裝成為具有納米結構的介觀材料和器件。自組裝體系一般包括人工納米結構組裝體系，納米結構自組裝體系和分子自組裝體系。人工自組裝納米結構由于儀器所限，目前還處于探索階段。而納米結構的自組裝體系主要通過弱的和較小方向性的非共價鍵，如氫鍵、范德華力和弱的離子鍵協同作用把原子、離子或者分子連接在一起構筑成一個納米結構。除上述納米材料的常用制備技術，還有很多其他方法。隨著科技的發展和高質量納米產品的需求，人

13、們對納米半導體材料的研究會更加深入，對其生長機理理解的更為透徹，隨之納米半導體材料制備技術將不斷地發展和完善。高質量納米半導體產品會不斷出現，并被廣泛的應用于人們的生活中。 參考文獻： 1謝自力,張榮,修向前,等.GaN納米線材料的特性和制備技術J.納米技術與精密工程,2004,2(3):187-192. 2張利寧,李清山,潘志峰.模板合成法制備ZnO納米線的研究J.量子電子學報,2006,(4). 3李長全,傅敏恭.十二烷基硫酸鈉為模板制備ZnO納米管新方法的研究J.無機化學學報, 2006,(9).  4張琦鋒,孫暉,潘光虎,等.維納米結構氧化鋅材料的氣相沉積制備及生長特性研究J.真空科學與技術學報,2006,26(1). 5牛海軍,