專利名稱：一種樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料及其制備方法，屬于半導(dǎo)體光電子材料與器件的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，由于ZnO結(jié)構(gòu)材料具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和壓電特性，所以對其的研究受到了世界范圍的高度關(guān)注。作為寬禁帶半導(dǎo)體的ZnO結(jié)構(gòu)材料，目前已廣泛用于傳感器、功率器件、紫外發(fā)光二極管、太陽能電池。在國際、國內(nèi)材料科學(xué)工作者的不懈努力下，現(xiàn)今已經(jīng)能夠用多種方法(如分子束外延、脈沖激光沉積、磁控濺射、溶膠-凝膠法、熱蒸發(fā)法、金屬有機化學(xué)氣相沉積法等)制備出多種ZnO結(jié)構(gòu)材料，其中包括具有“桿”、“線”、“帶”、“環(huán)”、“梳”等形貌特征的ZnO納米結(jié)構(gòu)材料。但是目前所報道這些結(jié)構(gòu)長度上都是在納米或微米級上，應(yīng)用工藝較簡單的熱蒸發(fā)法制備宏觀結(jié)構(gòu)的ZnO材料的報道卻很少見。王中林教授課題組曾報道過a-Fe2O3的樹狀分形納米結(jié)構(gòu)(Minhua Cao，etal.Single-Crystal Dendritic Micro-Pines of Magnetic a-Fe2O3Large-Scale Synthesis，F(xiàn)ormation Mechanism，and Properties，Angrew.Chem.int.Ed.2005.44，2-6)，但目前并沒有關(guān)于樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是推出一種樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料。該材料是依附在襯底上的長度和寬度分別為5mm～25mm和1～10mm的樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種所述的材料的制備方法。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案。以商品的ZnO粉、石墨粉和銅粉做原料，以易得的N2為氣源，在水平管式生長爐中采用熱蒸發(fā)法在襯底上生長樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料，該材料以獨立形式依附在襯底的表面。
現(xiàn)詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。一種樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料的制備方法，其特征在于，具體操作步驟第一步超聲清洗襯底并涼干；第二步將水平管式生長爐的溫度升至900～950℃；第三步向爐內(nèi)充入N2，流量為0.8～2L/min；第四步將生長源ZnO粉、石墨粉和純銅粉混勻后置于石英舟上，將已涼干的襯底置于襯底架上，再將石英舟和襯底架置于已升溫的水平管式生長爐的恒溫區(qū)內(nèi)，ZnO粉、石墨粉和純銅粉的純度分別為99.99％、99％和99.999％，ZnO粉∶石墨粉∶純銅粉的質(zhì)量比為1∶1～2∶0.2～1，襯底架與生長源ZnO粉、石墨粉和純銅粉的距離為1～3cm；第五步保持管內(nèi)溫度，在襯底上生長樹狀分形結(jié)構(gòu)的ZnO材料，時間為60～90min；第六步襯底隨水平管式生長爐自然降溫至室溫，打開水平管式生長爐，取出襯底，得到生長在襯底表面的樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料。
本發(fā)明的技術(shù)方案的進一步特征在于，所述的襯底是p型單晶硅片、n型單晶硅片或沉積有銅膜的多孔硅片。
本發(fā)明的技術(shù)方案的進一步特征在于，混勻生長源ZnO粉、石墨粉和純銅粉的粉末的方法是將選定質(zhì)量比ZnO粉、石墨粉和純銅粉混合，加入適量無水乙醇后攪拌、超聲振動、烘干并研磨，得混勻的生長源粉末。
本發(fā)明的方法的優(yōu)點1、本發(fā)明的方法只需在常壓下，對載氣的要求不高，只需要N2就可以，不需要加O2等其他氣體，對氣流量也不要求嚴格的控制，簡單易行，重復(fù)性好，原料容易得到，制備成本低廉，適于用來制備大面積的ZnO單晶結(jié)構(gòu)。
2、本發(fā)明的方法制得的樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料是一種具有獨特形貌特征的ZnO宏觀化結(jié)構(gòu)材料，有望在微電子和微電子光電器件等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。


圖1是樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料的X射線衍射圖。
圖2是樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料的低倍SEM照片。
圖3是樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料的中倍SEM照片。
圖4是分離出的單根樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料的SEM照片。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。所有的實施例完全按照上述的樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料的制備方法的具體操作步驟操作，為使行文簡潔，下列的每個實施例僅羅列關(guān)鍵的技術(shù)數(shù)據(jù)。
實施例1第一步中，襯底是p型單晶硅片；第二步中，將水平管式生長爐的溫度升至930℃；第三步中，流量為1.5L/min；第四步中，ZnO粉∶石墨粉∶純銅粉的質(zhì)量比為1∶1∶0.5，襯底架與生長源ZnO粉、石墨粉和純銅粉的距離為2cm；第五步中，時間為70min；第六步中，得到生長在襯底表面的白色的樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料。
實施例2第一步中，襯底是n型單晶硅片；第二步中，將水平管式生長爐的溫度升至900℃；第三步中，流量為2L/min；第四步中，ZnO粉∶石墨粉∶純銅粉的質(zhì)量比為1∶1∶0.33，襯底架與生長源ZnO粉、石墨粉和純銅粉的距離為1.5cm；第五步中，時間為60min；第六步中，得到生長在襯底表面的白色的樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料。
實施例3第一步中，襯底是表面沉積銅膜的多孔硅；第二步中，將水平管式生長爐的溫度升至950℃；第三步中，流量為0.8L/min；第四步中，ZnO粉∶石墨粉∶純銅粉的質(zhì)量比為1∶2∶0.2，襯底架與生長源ZnO粉、石墨粉和純銅粉的距離為1cm；第五步中，時間為70min；第六步中，得到生長在襯底表面的白色的樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料。
權(quán)利要求
1.一種樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料，其特征在于，該材料是依附在襯底上的長度和寬度分別為5mm～25mm和1～10mm的樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料。
2.一種樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料的制備方法，其特征在于，具體操作步驟第一步超聲清洗襯底并涼干；第二步將水平管式生長爐的溫度升至900～950℃；第三步向爐內(nèi)充入N2，流量為0.8～2L/min；第四步將生長源ZnO粉、石墨粉和純銅粉混勻后置于石英舟上，將已涼干的襯底置于襯底架上，再將石英舟和襯底架置于已升溫的水平管式生長爐的恒溫區(qū)內(nèi)，ZnO粉、石墨粉和純銅粉的純度分別為99.99％、99％和99.999％，ZnO粉∶石墨粉∶純銅粉的質(zhì)量比為1∶1～2∶0.2～1，襯底架與生長源ZnO粉、石墨粉和純銅粉的距離為1～3cm；第五步保持管內(nèi)溫度，在襯底上生長樹狀分形結(jié)構(gòu)的ZnO材料，時間為60～90min；第六步襯底隨水平管式生長爐自然降溫至室溫，打開水平管式生長爐，取出襯底，得到生長在襯底表面的樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料的制備方法，其特征在于，所述的襯底是p型單晶硅片、n型單晶硅片或沉積有銅膜的多孔硅片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料的制備方法，其特征在于，混勻生長源ZnO粉、石墨粉和純銅粉的粉末的方法是將選定質(zhì)量比ZnO粉、石墨粉和純銅粉混合，加入適量無水乙醇后攪拌、超聲振動、烘干并研磨，得混勻的生長源粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料的制備方法，其特征在于，所述的襯底是p型單晶硅片、n型單晶硅片或沉積有銅膜的多孔硅片，混勻生長源ZnO粉、石墨粉和純銅粉的粉末的方法是將選定質(zhì)量比ZnO粉、石墨粉和純銅粉混合，加入適量無水乙醇后攪拌、超聲振動、烘干并研磨，得混勻的生長源粉末。
全文摘要
一種樹狀分形結(jié)構(gòu)的宏觀ZnO單晶材料及其制備方法，屬于半導(dǎo)體光電子材料與器件的技術(shù)領(lǐng)域。以商品的ZnO粉、石墨粉和銅粉做原料，以易得的N
文檔編號C30B1/02GK101092744SQ20071003917
公開日2007年12月26日 申請日期2007年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者朱自強, 張寧, 郁可, 張秋香, 王青艷 申請人:華東師范大學(xué)