本发明专利技术涉及一种基于VLS生长机理的自催化生长ZnO纳米结构的气相沉积方法。衬底材料为GaAs。由于Ga和As的蒸汽压不同，GaAs衬底上表层的As会先于Ga脱离衬底。As排出后留下低熔点的Ga，当反应体系温度继续升高时，在GaAs衬底上的Ga便液化成核形成Ga的纳米粒子，并作为生长ZnO纳米结构所需的金属催化剂。最后加入Zn粉，高温下Zn蒸汽被掺入5％O2的Ar气传输到GaAs衬底上，与衬底表面的Ga催化剂反应形成Zn-Ga合金，等合金液滴中Zn被析出后和氧气发生反应生成ZnO，最终在Zn-ZnO界面上通过自组织有序化过程外延形成单晶纳米结构。该方法具有制备成本低、操作灵活、简单等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是利用VLS技术在GaAs衬底上自催化制备ZnO纳米棒，属于半导体材料
技术介绍
ZnO室温下的带隙宽度为3. 37eV，激子结合能高达60meV，是一种重要的半导体材料。此外由于其一维结构材料如纳米线、纳米管等具有大的比表面积、良好的晶体质量、量子尺寸效应及压电效应等特殊性质使得其在光电子领域具有很大的应用前景。许多新技术新方法已被用于制备ZnO —维纳米结构如激光脉冲沉积方法、模板辅助法、化学气相沉积法等。在诸多制备技术中“气-液-固”(Vapor-Liquid-Solid，VLQ生长机制被认为是一种有效的控制纳米线生长的方法。二十世纪60年代，Wagner等人发展了这种方法制备了微米晶须。现今，LiebenYang等人进一步发展了化学气相沉积法VLS机制，制备出II-VI 族化合物III-V族化合物以及氧化物一维纳米线材料。但是这些纳米材料制备的显著特征在于必须采用金属粒子作为反应催化剂。反应过程中，反应物先在“催化剂”液滴中发生反应，其生成物在“催化剂”液滴中达到过饱和， 后续生长过程遵循VLS机制。Au, Pt等多种金属均可作为催化剂，然后实际生长过程中，均需要采用热蒸发、溅射等方式在衬底表面先获得催化剂薄层，这样就使得操作复杂，形成应用材料的浪费，也造成了环境的污染。因此寻求更为简单有效且基于VLS生长机理的制备纳米结构的新方法具有重要意义。
技术实现思路
针对
技术介绍
中提出的问题，本专利技术提出一种基于VLS生长机理的自催化生长 ZnO纳米结构的气相沉积方法。首先待CVD反应室温度升到xx°C后，将GaAs衬底通入反应室中，由于GaAs衬底中( 和As的蒸汽压不同，因此在此刻的温度下，As会逐渐析出并以气体形式排出，GaAs衬底表面则形成( 单质层。之后提高反应温度，由于( 的熔点很低，继而在GaAs衬底上液化成核形成( 的纳米粒子，此时( 的纳米粒子即可作为催化剂颗粒。 最后通入的Si源( 单质源或ZnO与碳粉的混合粉末)和0源，由于受到高温而获得Si 蒸汽，Zn蒸汽被掺入02与Ar气的混合气体传输到GaAs衬底处，与衬底表面的( 催化剂颗粒反应，Si不断的被吸附到^1-( 合金的表面，Si过饱和后就会从合金中析出，因为合金有很强的抗氧化能力，因此可以认为，0不会被合金液滴所吸附，而是可以实现在GaAs衬底上自催化生成ZnO纳米结构。从而等合金液滴中Si被析出后和氧气发生反应生成&ι0， 最终Si-ZnO界面上通过自组织有序化过程外延形成单晶纳米棒得到更纯的材料。最终获得制备的纳米ZnO具有的更好的生长取向。具体实施方式实施例一(1)采用GaAs作为生长ZnO纳米结构的衬底。(2)所用的源是Si粉，把Si粉放在石英舟内，并在反应源下方放置GaAs衬底，衬底与源距离约为4mm，使二者之间具有一定的温度梯度以便产物沉积在衬底上。(3)打开真空泵将管式炉抽真空至2mbar。(4)将石英舟放置在双温区管式炉高温区进行加热。炉子的温度达到700°C，升温速率为50°C /分钟。(5)通入掺 5% 02 的 Ar 气。(6)生长完成后，样品自然冷却至室温后取出，得到ZnO纳米结构材料。实施例二(1)采用GaAs作为生长ZnO纳米结构的衬底。(2)将Si粉或一定比例的ZnO与C粉的混合物(1 1-1 5)作为反应源，将源置于石英舟内，将石英舟放置在双温区管式炉中间并在反应源下方放置GaA衬底。(3)抽石英管中的真空(10_3-2mbar)(4)开始以50°C /分钟的速度将炉子加热到800°C。(5)向体系中通入掺入02与氩气的混合气体(0. 5% -10% ),并控制气体流量。(6)生长完成后将样品自然冷却至室温后取出。得到ZnO纳米结构样品。实施例三(1)采用GaAs作为生长ZnO纳米结构的衬底。(2)所用的源是Si粉，把Si粉放在石英舟内，并在反应源下方放置GaAs衬底，衬底与源距离约为4mm，使二者之间具有一定的温度梯度以便产物沉积在衬底上。(3)打开真空泵将管式炉抽真空至2mbar。(4)将石英舟放置在双温区管式炉高温区进行加热。炉子的温度达到900°C，升温速率为50°C /分钟。(5)通入掺 5 % 02 的 Ar 气。(6)生长完成后，样品自然冷却至室温后取出，得到ZnO纳米结构材料。权利要求1.在GaAs衬底上自催化制备ZnO纳米结构，其特征在于1)利用VLS生长机理，采用GaAs作为生长ZnO纳米结构的衬底，将Si粉或一定比例的ZnO与C粉的混合物作为反应源，把GaAs薄膜和源分别放在两个石英舟中，放进双温区管式炉的高温区，源下方放置GaAs衬底，衬底与源距离约为4mm。抽石英管中的真空 (10-3-2mbar)，以一定的速度将炉子高温加热到生长温度。2)由于GaAs衬底中( 和As的蒸汽压不同，因此在生长温度下，As会逐渐析出并以气体形式排出，GaAs衬底表面则形成( 单质层，以此作为金属催化剂颗粒。3)通入掺5%O2的Ar气，由于受到高温而获得的Si蒸汽被传输到GaAs衬底处，与衬底表面的( 催化剂颗粒反应。4)生长完成后将样品自然冷却至室温后取出，得到ZnO纳米结构样品。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于ZnO与C粉的混合物的比例是 (1 1-1 5)，且确保通入掺5% O2 WAr气作为载气。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于炉子加热至生长温度(600-120(TC) 升温速率为50°C/分钟。全文摘要本专利技术涉及一种基于VLS生长机理的自催化生长ZnO纳米结构的气相沉积方法。衬底材料为GaAs。由于Ga和As的蒸汽压不同，GaAs衬底上表层的As会先于Ga脱离衬底。As排出后留下低熔点的Ga，当反应体系温度继续升高时，在GaAs衬底上的Ga便液化成核形成Ga的纳米粒子，并作为生长ZnO纳米结构所需的金属催化剂。最后加入Zn粉，高温下Zn蒸汽被掺入5％O2的Ar气传输到GaAs衬底上，与衬底表面的Ga催化剂反应形成Zn-Ga合金，等合金液滴中Zn被析出后和氧气发生反应生成ZnO，最终在Zn-ZnO界面上通过自组织有序化过程外延形成单晶纳米结构。该方法具有制备成本低、操作灵活、简单等特点。文档编号C01G9/03GK102275978SQ20111013807公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日专利技术者方芳, 方铉, 李金华, 杜鸿延, 王晓华, 王菲, 谭学垒, 韩作良, 魏志鹏 申请人:长春理工大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．在ＧａＡｓ衬底上自催化制备ＺｎＯ纳米结构，其特征在于：１）利用ＶＬＳ生长机理，采用ＧａＡｓ作为生长ＺｎＯ纳米结构的衬底，将Ｚｎ粉或一定比例的ＺｎＯ与Ｃ粉的混合物作为反应源，把ＧａＡｓ薄膜和源分别放在两个石英舟中，放进双温区管式炉的高温区，源下方放置ＧａＡｓ衬底，衬底与源距离约为４ｍｍ。抽石英管中的真空（１０－３－２ｍｂａｒ），以一定的速度将炉子高温加热到生长温度。２）由于ＧａＡｓ衬底中Ｇａ和Ａｓ的蒸汽压不同，因此在生长温度下，Ａｓ会逐渐析出并以气体形式排出，ＧａＡｓ衬底表面则形成Ｇａ单质层，以此作为金属催化剂颗粒。３）通入掺５％Ｏ２的Ａｒ气，由于受到高温而获得的Ｚｎ蒸汽被传输到ＧａＡｓ衬底处，与衬底表面的Ｇａ催化剂颗粒反应。４）生长完成后将样品自然冷却至室温后取出，得到ＺｎＯ纳米结构样品。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏志鹏，杜鸿延，方铉，李金华，王晓华，方芳，王菲，谭学垒，韩作良，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：82
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。