一种二维纳米空腔阵列结构及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种二维纳米空腔阵列结构及其制备方法和应用，该二维纳米空腔阵列结构包括由下至上依次设置的基底、氧化锌籽晶层和氧化锌纳米空腔阵列，在氧化锌纳米空腔阵列两侧引出电极。本发明专利技术基于氧化锌材料，研发出可制备得到大面积、形貌可调的氧化锌纳米空腔阵列结构的批量化制备方法，且能够在不损坏该结构的情况下制备成非易失性光存储器等光电器件，实现数据存储与擦除，通过形成氧化锌纳米空腔阵列增强了结构陷光，可提升光响应，本发明专利技术制备的二维纳米空腔阵列结构在光电、生物等领域有着广阔的应用前景，其制备方法简易、成本低廉，适合工业化推广使用。适合工业化推广使用。适合工业化推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种二维纳米空腔阵列结构及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米
，具体涉及一种二维纳米空腔阵列结构及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氧化锌作为一种典型的直接带隙宽禁带半导体，具有优良的光电、压电、气敏、压敏、光催化性质，高质量的单晶或C轴择优取向的多晶氧化锌薄膜具有良好的压电特性，能够用来制备改频纤维声光器件以及声光调制器等压电转换器。得益于氧化锌优异的生物相容性，氧化锌已经广泛应用于生物制药领域，以氧化锌纳米空腔作为安全的药物载体也是其未来极有可能的应用方向。但是目前还没有切实有效的方法来制备氧化锌纳米空腔结构。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种二维纳米空腔阵列结构及其制备方法和应用。
[0004]为实现上述目的，达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案为：一种二维纳米空腔阵列结构，包括由下至上依次设置的基底、氧化锌籽晶层和氧化锌纳米空腔阵列，所述氧化锌纳米空腔阵列两侧引出电极。
[0005]进一步的，所述基底为具有{0001}c面的单晶氧化铝基底。
[0006]进一步的，所述氧化锌籽晶层的厚度>10nm，所述氧化锌籽晶层经退火后趋向于C轴排列。
[0007]进一步的，所述氧化锌纳米空腔阵列两侧引出钛金电极，所述电极的厚度为50
‑
500nm。
[0008]本专利技术还公开了一种二维纳米空腔阵列结构的制备方法，包括以下步骤：1）提供一基底，对基底进行超声清洁；2）在步骤1）所得基底上溅射氧化锌籽晶层，溅射功率控制在100W以内；3）对步骤2）所得氧化锌籽晶层进行退火，使氧化锌籽晶层尽量趋向于C轴排列；4）使用电子束光刻蚀方法在步骤3）所得氧化锌籽晶层表面形成孔状掩模；5）使用水热法在孔状掩模中生长出柱状的氧化锌纳米阵列；6）去除剩余的电子束光刻胶；7）溅射氧化锌层，溅射功率控制在100W以内；8）去除氧化锌纳米阵列，得到均匀分布的氧化锌纳米空腔阵列；9）在氧化锌纳米空腔阵列两侧引出电极。
[0009]进一步的，步骤1）中，对基底进行超声清洁时，清洁溶剂顺序为去离子水、乙醇、丙酮。
[0010]进一步的，步骤4）中，所述孔状掩模中孔径为100
‑
5000nm，相邻孔的间距为200
‑
20000nm。
[0011]进一步的，步骤7）中，所述氧化锌层的厚度为50nm
‑
100nm。
[0012]进一步的，步骤8）中，使用PDMS转移氧化锌纳米阵列，得到均匀分布的氧化锌纳米空腔阵列。
[0013]本专利技术还公开了一种二维纳米空腔阵列结构在制备非易失性光存储器器件中的应用。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术公开了一种二维纳米空腔阵列结构及其制备方法和应用，该二维纳米空腔阵列结构包括由下至上依次设置的基底、氧化锌籽晶层和氧化锌纳米空腔阵列，氧化锌纳米空腔阵列两侧引出电极。本专利技术基于氧化锌材料，首次研发出可制备得到大面积、形貌可调的氧化锌纳米空腔阵列结构的批量化制备方法，且能够在不损坏该结构的情况下制备成非易失性光存储器等光电器件，实现数据存储与擦除，通过形成氧化锌纳米空腔阵列增强了结构陷光，可提升光响应，本专利技术制备的二维纳米空腔阵列结构在光电、生物等领域有着广阔的应用前景，其制备方法简易、成本低廉，适合工业化推广使用。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的二维纳米空腔阵列结构的结构示意图；图2为本专利技术的二维纳米空腔阵列结构的制备流程图；图3为本专利技术步骤7）中使用磁控溅射的方式在氧化锌纳米阵列上溅射氧化锌层后的SEM图；图4为本专利技术的氧化锌纳米空腔阵列的SEM图；图5为本专利技术实施例1的二维纳米空腔阵列结构制备成非易失性光存储器器件后的响应曲线图。
具体实施方式
[0016]下面对本专利技术进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0017]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0018]如图1
‑
5所示，一种二维纳米空腔阵列结构，其加工尺寸能支持达到晶圆级别，包括由下至上依次设置的基底1、氧化锌籽晶层2和氧化锌纳米空腔阵列3，在氧化锌纳米空腔阵列3两侧引出电极4。
[0019]一种二维纳米空腔阵列结构的制备方法，包括以下步骤：1）提供一基底1，对基底1进行超声清洁，清洁溶剂顺序为去离子水、乙醇、丙酮；2）使用磁控溅射的方式在步骤1）所得基底1上溅射氧化锌籽晶层2，溅射功率控制在100W以内，溅射时间决定了氧化锌籽晶层2的厚度，氧化锌籽晶层2的厚度控制在>10nm；3）使用真空退火炉对步骤2）所得氧化锌籽晶层2进行退火，使氧化锌籽晶层2尽量
趋向于C轴排列，退火温度和退火时间会影响氧化锌籽晶层2的质量；4）使用电子束光刻蚀方法在步骤3）所得氧化锌籽晶层表面形成孔状掩模，使用电子束光刻胶，电子束光刻胶的厚度应匹配曝光时间进行调整，孔的直径和孔的间距可根据实际需求进行调整，为后续空腔实现较好的模板效果，建议孔径控制在100
‑
5000nm，相邻孔的间距控制在200
‑
20000nm；整体制备面积的大小由整体刻蚀面积决定；5）使用水热法在孔状掩模中生长出柱状的氧化锌纳米阵列，由于氧化锌籽晶层2的导向，其生长方向沿（002）向，为单晶的六方纤锌矿结构。本步骤可使用可溶性锌盐配碱的方案，通过控制反应釜的压力、温度和生长时间能够调控氧化锌纳米阵列的直径和长度，针对不同的溶液体系可搭配不同的生长条件；6）用乙醇和丙酮分别浸泡去除剩余的电子束光刻胶；7）使用磁控溅射的方式在步骤6）所得产品上溅射氧化锌层，溅射功率控制在100W以内，氧化锌层的厚度控制在50nm
‑
100nm；8）使用PDMS转移氧化锌纳米阵列，得到均匀分布的氧化锌纳米空腔阵列3；9）使用掩模版配合电子束蒸发的方法在氧化锌纳米空腔阵列3两侧引出电极4，电极4优选使用钛金电极，考虑到接触和成本问题，电极4的厚度以50
‑
500nm范围内为宜。
[0020]本专利技术还公开了一种二维纳米空腔阵列结构在制备非易失性光存储器等光电器件中的应用。
实施例1
[0021]如图1
‑
5所示，一种二维纳米空腔阵列结构，包括由下至上依次设置的基底1、氧化锌籽晶层2和氧化锌纳米空腔阵列3，在氧化锌纳米空腔阵列3两侧引出电极4。
[0022]一种二维纳米空腔阵列结构的制备方法，包括以下步骤：1）对具有{0001}c面的单晶氧化铝基底进行超声清洁，清洁溶剂顺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维纳米空腔阵列结构，其特征在于，包括由下至上依次设置的基底、氧化锌籽晶层和氧化锌纳米空腔阵列，所述氧化锌纳米空腔阵列两侧引出电极。2.根据权利要求1所述的一种二维纳米空腔阵列结构，其特征在于，所述基底为具有{0001}c面的单晶氧化铝基底。3.根据权利要求1所述的一种二维纳米空腔阵列结构，其特征在于，所述氧化锌籽晶层的厚度>10nm，所述氧化锌籽晶层经退火后趋向于C轴排列。4.根据权利要求1所述的一种二维纳米空腔阵列结构，其特征在于，所述氧化锌纳米空腔阵列两侧引出钛金电极，所述电极的厚度为50
‑
500nm。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的一种二维纳米空腔阵列结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）提供一基底，对基底进行超声清洁；2）在步骤1）所得基底上溅射氧化锌籽晶层，溅射功率控制在100W以内；3）对步骤2）所得氧化锌籽晶层进行退火，使氧化锌籽晶层尽量趋向于C轴排列；4）使用电子束光刻蚀方法在步骤3）所得氧化锌籽晶层表面形成孔状掩模；5）使用水热法在孔状掩模中生长出柱状的氧化锌纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁玲，朱兵兵，
申请(专利权)人：三序光学科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：