2018ZnO纳米半导体材料制备

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　　摘要：文章阐述了一些制备ZnO纳米半导体材料的常用技术，如模板制备法、物理气相沉积、脉冲激光沉积、分子束外延、金属有机化合物气相沉积，并分析了各种方法的优缺点。
关键词：ZnO；模板制备法;PVD;PLD;金属有机化合物气相沉积
随着科学和商业的飞速发展，人们对纳米半导体材料有了更加深入的认识，对其在光学器件和电学器件方面的应用产生了浓厚的兴趣。最初人们在研究ZnSe和GaN等短波长纳米半导体材料方面取得了一定的进展，GaN制备蓝绿光LED的技术已经相当成熟。但是，由于ZnSe稳定性较差，一直使之无法商品化生产。在长期的对宽带半导体材料的科学研究中，人们发现ZnO半导体纳米材料具有更多的优点。ZnO是一种新型的宽禁带半导体氧化物材料，室温下能带宽度为3.37eV，略低于GaN的3.39eV，其激子束缚能（60meV）远大于GaN（25meV）的激子束缚能。由于纳米ZnO在紫外波段有较强的激子跃迁发光特性，所以在短波长光子学器件领域有较广的应用前景。此外，ZnO纳米半导体材料还可沉积在除Si以外的多种衬底上，如玻璃、Al2O3、GaAs等，并在0.4-2μm的波长范围内透明，对器件相关电路的单片集成有很大帮助，在光电集成器件中具有很大的潜力。本文阐述了近年来ZnO纳米半导体材料的制备技术，并对这些技术的优缺点进行了分析。
ZnO是一种应用较广的半导体材料，在很多光学器件和电学器件中有很广泛的应用，由此也产生了多种纳米半导体器件的制备方法，主要有以下几种：
1模板制备法
模板制备法是一种用化学方法进行纳米材料制备的方法，被广泛地用来合成各种各样的纳米棒、纳米线、纳米管等。此种方法使分散的纳米粒子在已做好的纳米模板中成核和生长，因此，纳米模板的尺寸和形状决定了纳米产物的外部特征。科学家们已经利用孔径为40nm和20nm左右的多孔氧化铝模板得到了高度有序的ZnO纳米线。郑华均等人用电化学阳极氧化-化学溶蚀技术制备出了一种新型铝基纳米点阵模板，此模板由无数纳米凹点和凸点构成，并在此模板上沉积出ZnO纳米薄膜。此外，李长全、傅敏恭等人以十二烷基硫酸钠为模板制备出ZnO纳米管。该方法优点：较容易控制纳米产物的尺寸、形状。缺点：需要模板有较高的质量。
2物理气相沉积（PVD）　　
物理气相沉积可以用来制备一维ZnO纳米线和二维ZnO纳米薄膜，原理是通过对含Zn材料进行溅射、蒸发或电离等过程，产生Zn粒子并与反应气体中的O反应，生成ZnO化合物，在衬底表面沉积。物理气象沉积技术已经演化出三种不同的方法，它们是真空蒸发法，真空溅射法和离子镀，离子镀是目前应用较广的。离子镀是人们在实践中获得的一种新技术，将真空蒸发法和溅射法结合起来，在高真空环境中加热材料使之汽化后通入氢气，在基体相对于材料间加负高压，产生辉光放电，通过电场作用使大量被电离的材料的正离子射向负高压的衬底，进行沉积。张琦锋、孙晖等人用气相沉积方法已经制备出了一维ZnO纳米半导体材料。优点：所得到的纳米产物纯度高，污染小；薄膜厚度易于控制；材料不受限制。但是这种方法对真空度要求较高。
3脉冲激光沉积(PulsedLaserDeposition)
脉冲激光沉积也称PLD，常用于纳米薄膜的制备。其工作原理就是用特定波长和功率的激光脉冲聚焦光束，溅射真空状态下特定气压中的加热靶材，激光束与靶材相互作用而产生的粒子团喷射到衬底表面，通过控制气流速度控制材料在衬底表面的沉积速度。牛海军等人用一种新颖的垂直靶向脉冲激光沉积(VTPLD)方法,在常温常压空气环境下,在玻璃基底上得到ZnO纳米薄膜。该方法优点：制备的薄膜物质比例与靶材相同；实验控制条件较少，易于控制；衬底温度要求较低。缺点：薄膜杂志较多；单纯溅射产生的粒子团密度不易控制，因此无法大面积生长均匀的薄膜。