形成基于氧化物的纳米结构材料的方法技术

提供一种形成基于氧化物的纳米结构材料的方法，该方法包括利用具有与所需的基于氧化物的纳米结构材料相同组成的纳米核生长纳米结构材料。在衬底上涂布溶液，该溶液包含：含有作为过渡金属或半金属的Ｍ的有机前体；和溶解该有机前体的有机溶剂。通过使衬底退火，在衬底上形成组成为Ｍ↓［ｘ］Ｏ↓［ｙ］的纳米核。通过在向纳米核中提供含有Ｍ的反应前体的同时生长纳米核而形成组成为Ｍ↓［ｘ］Ｏ↓［ｙ］的纳米结构材料，并使该纳米结构材料退火。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，更具体地，涉 及一种利用过渡金属或半金属的氧化物形成纳米结构材料的方法。
技术介绍
包含金属或非金属元素的基于氧化物的纳米结构材料潜在地可应用于 例如场效应晶体管(FET)、单电子晶体管(SET)、光电二极管、生化传感器和 逻辑电路的纳米电子器件领域。因此，已经在多种
实施了纳米结构 材料的性质和及其形成方法的研究。根据形成基于氧化物的纳米结构材料的常规方法，利用溅射或热蒸发在 衬底之上沉积例如Au、 Ag、 Pd和Pt的贵金属而形成纳米级贵金属薄膜， 之后使衬底退火而形成贵金属颗粒或贵金属簇。之后，利用贵金属颗粒或贵 金属簇作为核，通过物理或化学工艺从衬底生长基于氧化物的纳米结构材 料。但是，这种常规的复杂并且需要 大面积衬底，因而还要求大规模设备来生长基于氧化物的纳米结构材料。另外，作为形成起核作用的贵金属纳米颗粒，和之后从那里生长基于氧 化物的纳米结构材料的复杂工艺的结果，贵金属作为杂质残留于所得到的基 于氧化物的纳米结构材料中。另外，制造成本由于贵金属而增加。所以，限 制了基于氧化物的纳米结构材料的大规模生产。另外，因为它们具有不同的组成，所以在贵金属颗粒或贵金属簇与基于 氧化物的纳米结构材料之间的连接是不完全的，且掺杂剂不容易注入到所得到的纳米结构中。具体地，虽然用于纳米结构材料中的材料本身具有优异的电学性质，但根据用作核的贵金属的平面指数(plane index)不容易控制纳米结 构材料的生长速率、尺寸和形状。因此，基于氧化物的纳米结构材料不能具 有均匀的组成、形状和尺寸，同样不具有稳定的性质。因此，由于依照常规 方法形成的基于氧化物的纳米结构材料提供不稳定的电学性质，所以应用到 集成高速电子电路也就受到限制。
技术实现思路
本专利技术提供一种，其通过生长没 有杂质的基于氧化物的纳米结构材料，以低成本实现了具有均匀组成的基于 氧化物的纳米结构材料，且提供适于最小化和集成电子电路应用的稳定的电 学特性。根据本专利技术的一方面，提供一种形成基于氧化物的纳米结构材料的方 法，该方法包括在衬底上涂布溶液，该溶液包含(a)含有作为过渡金属或半金属的M的 有机前体和(b)溶解该有机前体的有机溶剂；通过使涂有该溶液的村底退火而在该衬底上形成组成为MxOy的纳米 核，其中x是l-3的整数，y是l-6的整数；通过在向纳米核中提供含有M的反应前体的同时生长纳米核而形成组 成为MxOy的纳米结构材料，其中x是l-3的整数，y是l-6的整数；以及使该纳米结构材料退火。该溶液可以通过以1:1-1:5000的体积比混合有机前体和基于醇的有机溶 剂制得。该溶液在衬底上的涂布可以利用浸渍、旋涂或喷涂进行。 涂有该溶液的衬底的退火可以在50-500。C的温度范围内进行1秒-1小时。形成该纳米结构材料可利用选自溅射、热化学气相沉积、金属-有机 CVD(MOCVD)、气-液-固相外延(VSLE)、脉沖激光沉积(PLD)和溶胶-凝胶工 艺中的工艺以生长纳米核进行。纳米结构材料的退火可以在100-1200。C的温度范围内进行1分钟-24小时。纳米结构材料可以具有纳米线形状、纳米棒形状或纳米壁(nano-wall)形状。依照本专利技术的，因为利用具有与 所需的基于氧化物的纳米结构材料相同组成的纳米核生长基于氧化物的纳 米结构材料，所以该纳米结构材料不含杂质。另外，通过由使用湿法化学工 艺来形成纳米核的低制造成本的简单工艺，能够形成具有优异结晶特性的基 于氧化物的纳米结构材料。因此，在应用到最小化和集成的电子电路时，依 照本专利技术形成的该基于氧化物的纳米结构材料可以提供均匀的连接，还可以 提供稳定的电学和光学性质。附图说明通过参照附图详细描述其示例性实施方案，本专利技术的上述和其他特征以 及优点将变得更显著，其中图1是阐述依照本专利技术实施方案的形成基于氧化物的纳米结构材料的 方法的流程图。具体实施方式下文中，现在将通过参考其中图示了本专利技术的示例性实施方案的附图更 全面地描述本专利技术。但是，本专利技术可以许多不同的方式实施且不应当理解为 局限于这里提出的实施方案；相反，提供这些实施方案是为了使得公开彻底图1是阐述依照本专利技术实施方案的形成基于氧化物的纳米结构材料的 方法的流程图。参考图1,在工序10中，将溶液涂布在衬底上，该溶液包含含有作 为过渡金属或半金属的M的有机前体；及溶解该有机前体的有机溶剂。为此，含有M的有机前体与有机溶剂混合以制备溶液。溶液中有机前 体和基于醇的有机溶剂之间的体积比在大约1:1-1:5000的范围内。有机前体可以是M(CH3COO)2.2H20。这里，M可以是选自Ti、 V、 Cr、 Zn、 Y、 Zr和Nb的过渡金属或选自Si、 Ge和As的半金属。有机溶剂可以是基于醇的有机溶剂，例如曱醇和乙醇。可以利用浸渍、旋涂或喷涂在衬底上涂布溶液。衬底可以由八1203、石英、Si、 GaN或玻璃形成。例如，当利用浸渍法涂布溶液时，可以实施如下工艺。首先，以1:1-1:5000 的体积比将含有M的有机前体，例如M(CH3COO)2'2H20溶解在基于醇的有 机溶剂例如曱醇、乙醇和异丙醇(IPA)中，且溶液在室温下搅拌大约1分钟-24 小时。之后，将衬底浸渍到搅拌的溶液中大约1秒-1小时以用溶液均匀地涂 布衬底。之后，从溶液中取出衬底。衬底上由溶液形成的薄膜的厚度可以通 过控制浸渍时间或其他条件而调节到大约1 -1000nm 。例如，当利用旋涂法将溶液涂布到村底上时，在以大约100-10000rpm 旋转衬底的同时，用移液管将大约0.01-100ml的溶液滴在衬底上，而在衬底 上形成薄膜。还例如，当利用喷涂法将溶液涂布到衬底上时，可以利用适当的喷涂设 备将溶液薄薄地涂布在衬底上。在该实施方案中，M(CH3COO)2.2H20用作含有M的有机前体，以及基 于醇的有机溶剂用作有机溶剂，但本专利技术并不限于此。例如，有机前体可以 是M(CH3COO)2.2H20、 M(CH3COO)2、 M(CH3)2、 M(C2H5)2、 M(C5H702)2等。 另外，有机溶剂可以是非基于醇的有机溶剂。在工序20中，使涂有溶液的衬底退火，在村底上形成了组成为MxOy 的纳米核，其中x是l-3的整数，y是l-6的整数。可以利用加热板、加热炉、真空室等进行形成纳米核的退火。退火可以 在大约50-500。C的温度范围进行大约1秒-1小时。在通过退火挥发涂布在衬 底上的溶液中的有机溶剂的同时，形成许多由溶解在溶液中的过渡金属或半 金属形成的具有均匀尺寸的氧化物纳米核。该纳米核可以具有大约几个至几 十个纳米。例如，当利用Zn(CH3COO)2.2H20作为有机前体时，包括ZnO的纳米 核形成于衬底之上。在工序30中，纳米核生长以在衬底上形成组成为MxOy的纳米结构材 料至所需尺寸，其中x是1-3的整数以及y是1-6的整数。可以利用例如溅射、热化学气相沉积、金属-有机CVD(MOCVD)、气-液-固相外延(VSLE)、脉冲激光沉积(PLD)和溶胶-凝胶工艺的物理化学工艺 生长纳米核。当纳米核生长时，含有M的反应前体可以作为生长纳米核的源材料而提供给纳米核。例如，在利用MOCVD生长纳米核时，可以将作为M源材 料的Zn(CH3)2和作为O源的02气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成基于氧化物的纳米结构材料的方法，该方法包括：在衬底上涂布溶液，该溶液包含（ａ）含有作为过渡金属或半金属的Ｍ的有机前体和（ｂ）溶解该有机前体的有机溶剂；通过使涂有该溶液的衬底退火而在该衬底上形成组成为Ｍ↓［ｘ］Ｏ↓［ｙ］的纳米核，其中ｘ是１－３的整数且ｙ是１－６的整数；通过在向纳米核中提供含有Ｍ的反应前体的同时生长纳米核而形成组成为Ｍ↓［ｘ］Ｏ↓［ｙ］的纳米结构材料，其中ｘ是１－３的整数且ｙ是１－６的整数；以及使该纳米结构材料退火。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金相侠，李善英，孟成烈，明惠珍，
申请(专利权)人：韩国电子通信研究院，
类型：发明
国别省市：KR[]