一种用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法，包括：采用双温区化学气相沉积管式炉，低温区为镁源，温度为500‑900℃；高温区为锌源，温度为850‑1100℃，锌源为氧化锌和碳粉的混合物；调整双温区化学气相沉积管式炉的升温速率为10℃/min，通入纯度为99.99％的氮气和纯度为99.99％的氧气的混合载气，当低温区、高温区达到各自的温度后，保温20‑30min，关断混合载气，然后抽真空、自然冷却到室温，得到MgZnO纳米线阵列。本发明专利技术通过用双温区气相沉积法制备纳米线，不需要提前制备种子层，完全是无催化剂条件，在20‑30min内即可制备成功，实现了纳米线在无催化条件下的快速自生长，耗时短，操作简单。

Method for preparing MgZnO nano line array for ultraviolet photodetector

The invention discloses a method for preparing MgZnO nanowire array ultraviolet photodetector includes: tube furnace deposition using two temperature chemical gas, low temperature region as magnesium source temperature is 500 900 DEG C; high temperature region as zinc source, the temperature is 850 DEG C for 1100, zinc source a mixture of Zinc Oxide and toner; adjust two temperature chemical vapor deposition furnace heating rate is 10 DEG /min, mixed gas into 99.99% purity nitrogen and 99.99% purity of oxygen, when the low temperature zone and high temperature zone reached their temperature, holding 20 off 30min, mixed load then, the natural gas, vacuum cooling to room temperature, MgZnO nanowire arrays. The present invention by nano line deposit method with double temperature gas, does not require advance preparation of seed layer is completely without catalyst, in 20 30min can be successfully prepared the nano wire without catalyst under the condition of fast growth, short time, simple operation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电器件制备
，具体涉及一种用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法。
技术介绍
光电探测技术是光电信息技术的核心。该技术是根据被探测对象辐射或反射光波的特征来进行识别。紫外光电探测器在紫外告警、紫外制导、火焰传感、气体探测与分析、环境污染监测等方面具有广泛的应用前景。目前，宽禁带半导体材料是理想的紫外光电探测器材料之一，其形态包括薄膜和纳米线。由于一维纳米材料具有很多可控参数，比如化学组分、纳米线尺寸、表面特性、轴向和径向的取向等等。因此一维的ZnO基材料备受关注，其中就包括MgZnO合金纳米线。ZnO为直接带隙半导体，室温下禁带宽度为3.37eV，其激子束缚能高达60meV。在量子阱和量子点中可超过这远远高于室温能提供的热激活能(26meV)。MgO室温下带隙高达7.8eV，而Mg2+与Zn2+的离子半径又很接近，Mg对Zn的替换并不会引起很大的晶格畸变。因此，人们期望通过改变合金纳米线中的浓度和纳米线的各个结构参数来获得电学性能和光学性能可剪裁、能在紫外区任意波长工作的一维纳米光电子器件材料。然而，由于MgxZn1-xO纳米线随着镁组分的不同，纳米线呈现立方相向四方向变化，并且，目前很多制备MgZnO纳米线阵列的方法是基于水浴法，水浴法是在密闭的反应釜中进行，将原反应物放入溶剂中，使其在溶剂中均匀分散，然后经过高温高压条件促进化学反应，重新结晶。通常情况下，氧化锌纳米材料的生长温度在90度左右，但是反应时间比较长，一般在12小时左右，另外需要在硅衬底上先生长种子层，才会有纳米线的生成。MgZnO纳米线的生长时间较长，再者，水浴法制备的纳米线由于有表面缺陷，需要进行退火处理，操作麻烦。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法，通过化学气相沉积法制备MgZnO纳米线阵列，解决了现有技术中纳米线制备时间长，需要在硅衬底上先生长种子层，且由于纳米线有表面缺陷，需要进行退火处理，操作麻烦的问题。本专利技术提供的一种用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法，包括：步骤1，采用双温区化学气相沉积管式炉，低温区为镁源，温度为500-900℃；高温区为锌源，温度为850-1100℃；镁源为纯度为99.999％的镁粉，锌源为氧化锌和碳粉的混合物，其中氧化锌和碳粉的质量比例是1～2:1；步骤2，将镁粉放置在低温区，氧化锌和碳粉放置在高温区，将硅衬底放置于双温区化学气相沉积管式炉中，调整双温区化学气相沉积管式炉的升温速率为10℃/min，通入纯度为99.99％的氮气和纯度为99.99％的氧气的混合载气，其中氮气和氧气的流量比为99:1，当低温区、高温区达到各自的温度后，保温20-30min，关断混合载气，然后将双温区化学气相沉积管式炉抽成真空，之后自然冷却到室温，硅片上有一层白色或灰白色的物质，即得到MgZnO纳米线阵列。优选的，上述用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法中，低温区的温度为600℃。优选的，上述用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法中，高温区的温度为900℃。优选的，上述用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法中，步骤2中的保温时间为30min。优选的，上述用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法中，步骤2中，将镁粉放置在低温区的单开口玻璃瓶里，玻璃瓶开口背向镁源入口，将氧化锌和碳粉放置在高温区的玻璃舟内。优选的，上述用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法中，步骤2中使用的玻璃瓶的开口直径为10cm。与现有技术的MgZnO纳米线的制备方法相比，本专利技术的方法具备以下有益效果：(1)本专利技术通过用双温区气相沉积法制备纳米线，不需要提前制备种子层，完全是无催化剂条件，在20-30min内即可制备成功，实现了纳米线在无催化条件下的快速自生长，耗时短，操作简单。(2)因为镁的熔点低，在500度左右，而氧化锌和碳粉的反应温度在800度以上。如果选用单温炉，在500度至800度时，在氧化锌和碳粉还没有发生反应的时，镁粉已经蒸发，等氧化锌开始反应，有锌蒸气产生时，镁粉因为过早的达到熔点，而被载气带走。所以，我们选择双温区炉，低温区放置镁粉，高温区放置氧化锌和碳的混合物，并且，我们通过设置升温程序，可以控制2个温区的温度，当高温到达规定温度时，低温区也刚好到达规定的温度。这样做的优点是可以保证镁粉不会过早蒸发而被载气带走，正好能够使镁蒸气和锌蒸气在高温区相遇，进而生长成MgZnO纳米线。附图说明图1为实施例1的MgZnO纳米线阵列的SEM扫描图；图2为实施例1的MgZnO纳米线阵列的EDS图。具体实施方式下面对专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。下列实施例中如有未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商或者设备说明书所建议的条件。本专利技术提供的一种用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法，采用双温区化学气相沉积的方法制备MgZnO纳米线阵列，包括：步骤1，采用双温区化学气相沉积管式炉，低温区为镁源，温度为500-900℃；高温区为锌源，温度为850-1100℃；镁源为纯度为99.999％的镁粉，锌源为氧化锌和碳粉的混合物，其中氧化锌和碳粉的总质量为0.8g，且氧化锌和碳粉的质量比例是1～2:1；步骤2，将镁粉放置在单开口的玻璃瓶里，玻璃瓶开口背向镁源入口，放置在低温区，防止镁粉提前碰到氧气而氧化，氧化锌和碳粉放置在高温区，将硅衬底放置于双温区化学气相沉积管式炉中，调整双温区化学气相沉积管式炉的升温速率为10℃/min，通入纯度为99.99％的氮气和纯度为99.99％的氧气的混合载气，其中氮气和氧气的流量比为99:1，氧气的流量为5mL/min，当低温区、高温区达到各自的温度后，保温20-30min，关断混合载气，然后将双温区化学气相沉积管式炉抽成真空，之后自然冷却到室温，硅片上有一层白色或灰白色的物质，即得到MgZnO纳米线阵列。需要说明的是，所述锌源中锌元素和所述镁源中的镁元素的反应质量比为任意质量比。需要说明的是，本专利技术的方法采用的双温区化学气相沉积管式炉采用现有的仪器均可，比如洛阳纳维特炉业有限公司生产的型号为NWTG-12DF的双温区管式炉。优选的，本专利技术的用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法还包括以下实施例：实施例1步骤1，采用双温区化学气相沉积管式炉，低温区为镁源，温度为600℃；高温区为锌源，温度为900℃；镁源为纯度为99.999％的镁粉，锌源为氧化锌和碳粉的混合物，其中氧化锌和碳粉的总质量为0.8g，且氧化锌和碳粉的质量比例是1:1；步骤2，将镁粉放置在开口直径为10cm的单开口的玻璃瓶里，玻璃瓶开口背向镁源入口，放置在低温区，防止镁粉提前碰到氧气而氧化，氧化锌和碳粉放置在高温区，将硅衬底放置于双温区化学气相沉积管式炉中，调整双温区化学气相沉积管式炉的升温速率为10℃/min，通入纯度为99.99％的氮气和纯度为99.99％的氧气的混合载气，其中氮气和氧气的流量比为99:1，氧气的流量为5mL/min，当低温区、高温区达到各自的温度后，保温30min，关断混合载气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法，其特征在于，包括：步骤1，采用双温区化学气相沉积管式炉，低温区为镁源，温度为500‑900℃；高温区为锌源，温度为850‑1100℃；镁源为纯度为99.999％的镁粉，锌源为氧化锌和碳粉的混合物，其中氧化锌和碳粉的质量比例是1～2:1；步骤2，将镁粉放置在低温区，氧化锌和碳粉放置在高温区，将硅衬底放置于双温区化学气相沉积管式炉中，调整双温区化学气相沉积管式炉的升温速率为10℃/min，通入纯度为99.99％的氮气和纯度为99.99％的氧气的混合载气，其中氮气和氧气的流量比为99:1，当低温区、高温区达到各自的温度后，保温20‑30min，关断混合载气，然后将双温区化学气相沉积管式炉抽成真空，之后自然冷却到室温，硅片上有一层白色或灰白色的物质，即得到MgZnO纳米线阵列。

【技术特征摘要】
1.一种用于紫外光电探测器的MgZnO纳米线阵列的制备方法，其特征在于，包括：步骤1，采用双温区化学气相沉积管式炉，低温区为镁源，温度为500-900℃；高温区为锌源，温度为850-1100℃；镁源为纯度为99.999％的镁粉，锌源为氧化锌和碳粉的混合物，其中氧化锌和碳粉的质量比例是1～2:1；步骤2，将镁粉放置在低温区，氧化锌和碳粉放置在高温区，将硅衬底放置于双温区化学气相沉积管式炉中，调整双温区化学气相沉积管式炉的升温速率为10℃/min，通入纯度为99.99％的氮气和纯度为99.99％的氧气的混合载气，其中氮气和氧气的流量比为99:1，当低温区、高温区达到各自的温度后，保温20-30min，关断混合载气，然后将双温区化学气相沉积管式炉抽成真空，之后自然冷却到室温，硅片上有一层白色或灰白色...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘诗斌，蒋海涛，尚晓星，吕辉，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61