專利名稱：：利用p型摻雜的硅襯底生長(zhǎng)高結(jié)晶質(zhì)量氧化鋅納米棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于半導(dǎo)體
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種納米材料的制備方法，特別是涉及一種利用P型摻雜的硅襯底生長(zhǎng)高結(jié)晶質(zhì)量的納米棒的方法。
背景技術(shù)：
：一維納米材料由于小尺寸效應(yīng)以及表面界面效應(yīng)使其展現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性能，在紫外發(fā)光二極管，納米壓電材料，場(chǎng)效應(yīng)晶體管，傳感器，探測(cè)器，紫外激光二極管等納米器件中存在潛在的巨大優(yōu)勢(shì)，氧化鋅(Zn0)作為一種重要的寬禁帶、直接帶隙的II-VI族半導(dǎo)體材料，室溫下的禁帶寬度高達(dá)3.37eV，激子束縛能為60meV，這些優(yōu)點(diǎn)使Zn0與GaN等其他寬禁帶半導(dǎo)體相比成為更加理想的實(shí)現(xiàn)室溫下工作的激光器件。因此，基于Zn0的一維納米材料的制備研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。但由于一般情況下，非摻雜外延生長(zhǎng)得到的Zn03納米材料呈現(xiàn)出典型的n型傳導(dǎo)特性，這是由其本征缺陷，如氧空位或鋅的間隙原子引起的。盡管很多的科研小組致力于高濃度的p型摻雜Zn0材料的制備，但結(jié)果并不盡人意；即使摻雜成功，實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性也并不是很好。P型摻雜成為Zn0材料邁向?qū)嶋H應(yīng)用的一大難點(diǎn)。為避免這一難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)Zn0納米材料在紫外發(fā)光二極管(UV-LED)等器件中的應(yīng)用，我們考慮在p型摻雜的襯底上外延生長(zhǎng)n型本征的Zn0納米棒，形成n-ZnO/p-Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，結(jié)合Zn0具有的大激子束縛能和硅基底具有的大尺寸及廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。此外，金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)Zn0納米棒主要還是在藍(lán)寶石(0001)，硅(111)，硅(100)晶面上進(jìn)行外延生長(zhǎng)。采用硅襯底生長(zhǎng)，由于它與Zn0的晶格失配和熱失配度大，獲得高結(jié)晶質(zhì)量的Zn0材料難度更大，但根據(jù)目前的器件和集成技術(shù)，硅基上的生長(zhǎng)才更具有現(xiàn)實(shí)意義。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種利用p型摻雜的硅襯底生長(zhǎng)高結(jié)晶質(zhì)量氧化鋅納米棒的方法，以期獲得n-Zn0/p-Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，克服難以獲得高濃度p型摻雜的Zn0材料的不足，實(shí)現(xiàn)Zn0在UV-LED中的應(yīng)用。4本發(fā)明提供一種利用P型摻雜的硅為襯底生長(zhǎng)氧化鋅納米棒的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1:選取一硅襯底；步驟2:在硅襯底(111)晶面上采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積的方法生長(zhǎng)氧化鋅納米棒；步驟3:將得到的氧化鋅納米棒樣品靜置在反應(yīng)室腔體中緩慢冷卻，直至反應(yīng)室腔體中的溫度與室溫相同時(shí)再取出，完成氧化鋅納米棒的制作。其中襯底為大失配P型摻雜的硅襯底，襯底電阻率為110Qcm。其中生長(zhǎng)納米棒的溫度為500°C—600°C。其中生長(zhǎng)納米棒的生長(zhǎng)壓力為70Torr—80Torr，生長(zhǎng)厚度300nm—600nm。本發(fā)明提供的一種利用P型摻雜的硅襯底生長(zhǎng)高結(jié)晶質(zhì)量氧化鋅納米棒的方法，其是在同時(shí)優(yōu)化生長(zhǎng)條件，如溫度、壓力的控制，以及生長(zhǎng)后腔體溫度緩慢冷卻至室溫再取出樣品，通過這些措施在大失配p型摻雜的硅襯底上得到了高結(jié)晶質(zhì)量的多晶氧化鋅納米棒，為獲得n-ZnO/p-Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)提供了良好的基石出。為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)的描述，其中圖1是本發(fā)明的高結(jié)晶質(zhì)量氧化鋅納米棒表面形貌的截面示意圖2是本發(fā)明的高結(jié)晶質(zhì)量氧化鋅納米棒的X射線e-2e測(cè)試結(jié)果圖3是本發(fā)明的高結(jié)晶質(zhì)量氧化鋅納米棒的PL發(fā)光譜結(jié)果圖。具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明關(guān)鍵在于解決在p型摻雜的硅襯底10上生長(zhǎng)n型ZnO納米棒20從而獲得n-ZnO/p-Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的問題。由于一般情況下，非摻雜外延生長(zhǎng)得到的ZnO納米材料呈現(xiàn)出典型的n型傳導(dǎo)特性，這是由其本征缺陷，如氧空位或鋅的間隙原子引起的，這種本征缺陷的存在使得P型ZnO難以獲得，嚴(yán)重阻礙了ZnO納米材料在紫外發(fā)光二極管，納米壓電材料，場(chǎng)效應(yīng)晶體管，傳感器，紫外激光二極管等納米器件中的實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明為了解決這一問題，提出了一種利用大失配的P型摻雜的硅作為襯底外延生長(zhǎng)n型ZnO納米棒的方法，包括如下步驟6取一硅襯底l0，襯底是大失配P型摻雜的硅襯底。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>厚度為316nm。將得到的氧化鋅納米棒樣品20靜置在反應(yīng)室腔體中緩慢冷卻，直至反應(yīng)室腔體中的溫度與室溫相同時(shí)再取出，避免取樣時(shí)因溫度變化過大造成的結(jié)晶質(zhì)量的下降。本發(fā)明在硅襯底上生長(zhǎng)氧化鋅納米棒的條件如表表一<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>如圖2所示，在氧化鋅納米棒的X射線9-2e衍射圖譜中只有ZnO(002)—個(gè)主峰，半峰寬僅為0.19°;此夕卜還有ZnO(O04)禾DZnO(l03)兩個(gè)微小的峰，表明有少數(shù)納米棒的取向不垂直于襯底。如圖3所示，PL譜曲線顯示該氧化鋅納米棒在375nm附近有一個(gè)紫外發(fā)光峰且半峰寬僅為10.6nm，無深能級(jí)峰。上述結(jié)果表明該方法獲得的氧化鋅納米棒的晶體質(zhì)量良好。這樣使得外延型Zn0納米棒在大失配的P型摻雜的硅襯底上生長(zhǎng)獲得，同時(shí)優(yōu)化了M0CVD的生長(zhǎng)條件獲得了相對(duì)晶體質(zhì)量較高的Zn0納米棒。本發(fā)明利用M0CVD技術(shù)在p型慘雜的硅(111)襯底上低溫生長(zhǎng)出高質(zhì)量的Zn0納米棒，使n-ZnO/p-Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)成為可能，為ZnO納米材料在UV-LED等器件中的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。惟以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即凡是依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍及發(fā)明說明內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明權(quán)利要求涵蓋的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種利用p型摻雜的硅為襯底生長(zhǎng)氧化鋅納米棒的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1選取一硅襯底；步驟2在硅襯底(111)晶面上采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積的方法生長(zhǎng)氧化鋅納米棒；步驟3將得到的氧化鋅納米棒樣品靜置在反應(yīng)室腔體中緩慢冷卻，直至反應(yīng)室腔體中的溫度與室溫相同時(shí)再取出，完成氧化鋅納米棒的制作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用p型摻雜的硅為襯底生長(zhǎng)氧化鋅納米棒的方法，其特征在于，苴z、中襯底為大失配型摻雜的硅襯底，襯底電阻率為110Qcm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用p型摻雜的桂為襯底生長(zhǎng)氧化鋅納米棒的方法，其特征在于，中生長(zhǎng)納米棒的溫度為500°C—600°C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用p型慘雜的桂為襯底生長(zhǎng)氧化鋅納米棒的方法，其特征在于，苴z、中生長(zhǎng)納米棒的生長(zhǎng)壓力為70Torr—80Torr，生長(zhǎng)厚度300—600nm。全文摘要一種利用p型摻雜的硅為襯底生長(zhǎng)氧化鋅納米棒的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1選取一硅襯底；步驟2在硅襯底(111)晶面上采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積的方法生長(zhǎng)氧化鋅納米棒；步驟3將得到的氧化鋅納米棒樣品靜置在反應(yīng)室腔體中緩慢冷卻，直至反應(yīng)室腔體中的溫度與室溫相同時(shí)再取出，完成氧化鋅納米棒的制作。文檔編號(hào)C30B25/18GK101538737SQ20081010219公開日2009年9月23日申請(qǐng)日期2008年3月19日優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日發(fā)明者劉祥林,張攀峰,范海波,蔡芳芳申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所