图案化氧化锌层的制备方法及其应用

本申请实施例涉及氧化锌制备，特别是涉及一种图案化氧化锌层的制备方法及其应用。

背景技术：

1、氧化锌作为宽禁带n型半导体，在光电子领域具有广泛的应用前景。其中，一维氧化锌的生长形貌控制是提高器件性能的重要因素。目前，一维氧化锌一般通过以图案化氧化锌层作为种子层而生长获得。

2、其中，图案化氧化锌的制备一般通过光刻和镀膜技术来实现，常见的方法有利用电子束、激光、深紫外线分解醋酸锌生成氧化锌图案。但电子束能量较小，分解不完全且所需辐照剂量大，加工时间长，生产成本高；激光束斑直径较大，不能满足亚微米级氧化锌图案的制备需求；深紫外光束能量较小，分解不完全且只能满足微米级氧化锌图案的制备需求。

3、现有常见的制备一维氧化锌纳米棒阵列的方法中：光刻法存在光刻图案制约氧化锌纳米棒生长且光刻胶阻碍氧化锌纳米棒平行于衬底平面方向上的生长的问题，使用退火工艺生长垂直的氧化锌纳米棒阵列无法适用于柔性衬底。

技术实现思路

1、鉴于此，本申请提供了一种图案化氧化锌层的制备方法，该制备方法利用聚焦离子束辐照分解醋酸锌得到图案化氧化锌层，可以满足亚微米级和/或微米级尺寸的图案化氧化锌层的需求，且制备方法简单快捷、成本低廉。该制备方法生成的图案化氧化锌层可以用于作为种子层垂直生长氧化锌纳米棒阵列，该法制得的氧化锌纳米棒阵列的生长密度不受制约，且无需退火，适合在柔性衬底上应用。本申请还提供了该制备方法制得的图案化氧化锌层作为掩模板，采用电感耦合等离子体刻蚀法制备光栅结构的应用。

2、本申请第一方面提供一种图案化氧化锌层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

3、将覆有醋酸锌薄膜的衬底置于聚焦离子束设备中，根据预设图案采用聚焦离子束对所述醋酸锌薄膜进行辐照，使辐照区域的醋酸锌分解为氧化锌，再采用溶剂溶解去除未被分解的醋酸锌，得到图案化氧化锌层。

4、本申请中实施方式中，所述图案化氧化锌层包括亚微米级和/或微米级尺寸的图案。

5、本申请实施方式中，所述图案化氧化锌层的制备方法中，所述醋酸锌薄膜的厚度为90nm-130nm。

6、本申请实施方式中，所述图案化氧化锌层的制备方法中，所述聚焦离子束的辐照剂量为500μc/cm2-3000μc/cm2。

7、本申请实施方式中，所述图案化氧化锌层的制备方法中，所述聚焦离子束的加速电压为1kv-30kv，束流大小为1pa-500pa，束斑直径为2nm-50nm。

8、本申请实施方式中，所述图案化氧化锌层的制备方法中，所述衬底包括柔性衬底或刚性衬底，所述柔性衬底包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚萘二甲酯乙二醇酯、聚乙烯醇或聚酰亚胺；所述刚性衬底包括硅片、二氧化硅氧化片或碳化硅片。

9、本申请实施方式中，所述图案化氧化锌层的制备方法中，所述覆有醋酸锌薄膜的衬底可以是将醋酸锌乙醇溶液负载在经过亲水性处理的衬底上得到。

10、本申请实施方式中，所述图案化氧化锌层的制备方法中，所述醋酸锌乙醇溶液的摩尔浓度为0.025mol/l-0.04mol/l。

11、本申请第二方面提供了第一方面所述的制备方法得到的图案化氧化锌层，所述图案化氧化锌层的图案包括氧化锌亚微米线，所述氧化锌亚微米线的线宽为100nm-10μm。

12、本申请第三方面提供了一种垂直生长的氧化锌纳米棒阵列的制备方法，包括以下步骤：将本申请第一方面所述的制备方法得到的具有图案化氧化锌层的衬底，以具有所述图案化氧化锌层的一面朝下放入装有锌源和乌洛托品混合溶液的反应容器中，经水热法反应得到垂直生产的氧化锌纳米棒阵列。

13、本申请实施方式中，所述锌源包括六水合硝酸锌、二水合乙酸锌和氯化锌中的至少一种。

14、本申请实施方式中，所述氧化锌纳米棒阵列的氧化锌纳米棒的密度为26700000根/平方毫米-30700000根/平方毫米。

15、本申请第四方面提供了一种第一方面所述的制备方法制得的图案化氧化锌层的应用，以所述图案化氧化锌层作为掩模板，采用电感耦合等离子体刻蚀法制备光栅结构。

技术特征：

1.一种图案化氧化锌层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的图案化氧化锌层的制备方法，其特征在于，所述图案化氧化锌层包括亚微米级和/或微米级尺寸的图案。

3.如权利要求1所述的图案化氧化锌层的制备方法，其特征在于，所述醋酸锌薄膜的厚度为90nm-130nm。

4.如权利要求1所述的图案化氧化锌层的制备方法，其特征在于，所述聚焦离子束的辐照剂量为500μc/cm2-3000μc/cm2。

5.如权利要求1所述的图案化氧化锌层的制备方法，其特征在于，所述聚焦离子束的加速电压为1kv-30kv，束流大小为1pa-500pa，束斑直径为2nm-50nm。

6.如权利要求1所述的图案化氧化锌层的制备方法，其特征在于，所述衬底包括柔性衬底或刚性衬底，所述柔性衬底包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚萘二甲酯乙二醇酯、聚乙烯醇或聚酰亚胺；所述刚性衬底包括硅片、二氧化硅片或碳化硅片。

7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法得到的图案化氧化锌层，其特征在于，所述图案化氧化锌层的图案包括氧化锌亚微米线，所述氧化锌亚微米线的线宽为100nm-10μm。

8.一种垂直生长的氧化锌纳米棒阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1-6任一项所述的制备方法得到的具有图案化氧化锌层的衬底，以具有所述图案化氧化锌层的一面朝下放入装有锌源和乌洛托品混合溶液的反应容器中，经水热法反应得到垂直生长的氧化锌纳米棒阵列；所述锌源包括六水合硝酸锌、二水合乙酸锌和氯化锌中的至少一种。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所得氧化锌纳米棒阵列的氧化锌纳米棒的密度为26700000根/平方毫米-30700000根/平方毫米。

10.如权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的图案化氧化锌层或权利要求7所述的图案化氧化锌层的应用，其特征在于，以所述图案化氧化锌层作为掩模板，采用电感耦合等离子体刻蚀法制备光栅结构。

技术总结本申请提供了一种图案化氧化锌层的制备方法，该制备方法利用聚焦离子束辐照分解醋酸锌得到图案化氧化锌层，可以满足亚微米级和/或微米级尺寸的图案化氧化锌层的制备需求，且制备方法简单快捷、成本低廉。该制备方法生成的图案化氧化锌层可以用于作为种子层垂直生长氧化锌纳米棒阵列，该法制得的氧化锌纳米棒阵列的生长密度不受制约，且无需退火，适合在柔性衬底上应用。本申请还提供了该制备方法制得的图案化氧化锌层作为掩模板，采用电感耦合等离子体刻蚀法制备光栅结构的应用。技术研发人员：郭登极,杨彦东,廖健翔,刘聪,胡作寰,高国利,刘宇航,林建军,许佼,王序进受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15