一种用于氧化锌纳米线及阵列生长的十字架（+）型激光烧蚀管式炉.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105947974A(43)申请公布日2016.09.21(21)申请号201610283003.X(22)申请日2016.05.03(71)申请人济南大学地址250022山东省济南市市中区南辛庄西路336号(72)发明人曹丙强邱智文杨晓朋(74)专利代理机构济南誉丰专利代理事务所(普通合伙企业)37240代理人李茜(51)Int.Cl.B82B3/00(2006.01)B82Y30/00(2011.01)B82Y40/00(2011.01)C30B28/02(2006.01)C30B29/16(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图7页(54)发明名称一种用于氧化锌纳米线及阵列生长的十字架（+）型激光烧蚀管式炉(57)摘要本发明公开了一种用于氧化锌纳米线及阵列生长的激光烧蚀十字架（+）型管式炉，包括靶材控制系统、载气流量控制系统、衬底加热系统、炉体、十字型石英管、真空获得与控制系统。本发明的激光烧蚀十字架（+）型管式炉具有高真空，靶材更换方便，实验方案灵活多变；能够实时掺杂，沉积速率可调等。（1）通过激光烧蚀十字架（+）型管式炉装置，可在蓝宝石衬底上生长高密度（10/μm2）氧化锌纳米线阵列；（2）通过在衬底上生长一层氧化锌缓冲层，用激光烧蚀十字架（+）型管式炉装置生长低密度（0.1/μm2）氧化锌纳米线阵列；（3）在缓冲层上生长的氧化锌纳米线阵列的密度，随着靶材与衬底之间距离的增大而增大。CN105947974ACN105947974A权利要求书1/1页1.一种用于氧化锌纳米线及阵列生长的十字架（+）型激光烧蚀管式炉，包括靶材控制系统、载气流量控制系统、衬底加热系统、炉体、十字型石英管、真空获得与控制系统，其具体工艺步骤如下：选用波长为248nm的脉冲激光，经一个凸透镜聚焦到氧化物靶材上；选用的衬底为蓝宝石、单晶硅及氧化锌缓冲层，靶材为烧结后的氧化物陶瓷片，厚度为10mm-15mm,直径为27mm-30mm；通过控制脉冲激光单脉冲能量100mJ-700mJ、脉冲频率1Hz-20Hz,使激光作用于氧化锌靶材上，生长气压80mbar-350mbar，调控靶材和衬底之间的距离，可以在衬底上得到纳米线阵列；通过高压脉冲激光烧蚀方法，可在蓝宝石衬底上生长高密度（10/μm2）氧化锌纳米线阵列；通过在衬底上生长一层氧化锌缓冲层，用上述高压脉冲激光烧蚀方法生长的氧化锌纳米线密度会大大降低（0.1/μm2）；在缓冲层上生长的氧化锌纳米线阵列的密度，随着靶材与衬底之间距离的增大而增大。2.根据权利要求1所述的密度可控，其特征在于：其密度数值变化范围是从0.1/μm2到10/μm2。3.根据权利要求1所述的高压脉冲激光烧蚀方法，其特征在于：生长压强为80mbar-350mbar，石英管形状为十字型。4.根据权利要求1所述的蓝宝石衬底，其特征在于：晶面为a面或c面,单晶硅衬底晶面为（100）。5.根据权利要求1所述的靶材与衬底之间距离,其特征在于：其数值在5mm-35mm之间。6.根据权利要求1所述的氧化锌缓冲层，其特征在于：缓冲层的厚度在20nm-50nm之间。7.根据权利要求1所述的在缓冲层上生长的氧化锌纳米线阵列的密度随着靶材与衬底之间距离的增大而增大，其特征在于：其数值变化范围是从0.1/μm2到1/μm2。2CN105947974A说明书1/3页一种用于氧化锌纳米线及阵列生长的十字架（+）型激光烧蚀管式炉技术领域[0001]本发明涉及一种用于氧化锌纳米线及阵列生长的十字架（+）型激光烧蚀管式炉，实现氧化锌纳米线的生长，尤其是实现了对纳米线阵列生长密度的大范围调控。背景技术[0002]氧化锌是一种新型的Ⅱ～Ⅵ族直接宽带隙化合物半导体材料，具有优异的光学和电学特性，室温下的带隙为3.37eV，激子束缚能为60meV，大于室温下的热离化能（25meV），具备了发射蓝光或近紫外光的优越条件，可开发出紫外、蓝光、绿光等多种发光器件。氧化锌纳米线由于具有独特的尺寸、维度及新颖的物理性质是人们研究的重点。在衬底上生长的氧化锌纳米线阵列，由于具有统一的生长方向，可以用来组装纳米线激光器、场发射平板显示器及纳米线发电机等。氧化锌纳米线阵列的制备方法可以分为液相法和气相法两种。如在2008年12月10日公开的中国发明专利申请公开说明书CN101319372A中披露了“一种低温可控制备氧化锌纳米线的方法及其应用”。它意欲提供一种用预先沉积的氧化锌或者金属锌作为氧化锌纳米线生长的种子，来实现氧化锌纳米线生长密度的调控。但是，这种制备方法存在着不足之处，首先，需要严格控制种子层的厚度来实现对纳米线生长密度的控制；其次，用溶液法生长的氧化锌纳米线在衬底上的取向不好控制。这将直接影