專利名稱：在氧化鋅薄膜上繪制亞微米級紫外發(fā)光圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及繪制發(fā)光文字圖案的方法，尤其是在氧化鋅薄膜上繪制亞微米級紫外發(fā)光圖案的方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅(ZnO)是一種非常重要的II-VI族具有直接的寬帶隙半導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用于電子、光電子學(xué)等領(lǐng)域。由于氧化鋅在室溫下具有很寬的帶隙(3.3eV)和很高的激子束縛能(60eV)，氧化鋅在室溫下具有很高的紫外發(fā)光效率，特別適用于制備紫外發(fā)光二極管和紫外激光器等發(fā)光器件。另外，由于氧化鋅在可見波段的發(fā)光覆蓋500-700nm，并且可調(diào)，氧化鋅還被廣泛應(yīng)用于熒光技術(shù)和高分辨場發(fā)射顯示技術(shù)等領(lǐng)域。
在納米技術(shù)領(lǐng)域，在微觀尺度上對材料的性能進(jìn)行局部精確控制和調(diào)節(jié)是一個重大挑戰(zhàn)，已成為一大研究熱點(diǎn)。如果我們能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)，就可以很容易地在同一材料上制備出各種具有特定功能的器件來。這就需要制備的材料本省具有獨(dú)特的光學(xué)或電學(xué)性能。納米技術(shù)領(lǐng)域中的一大夢想就是要在納米尺度上能夠快捷地書寫繪制文字和圖案，從而使得將上千萬字的辭典記錄在手掌大小的材料上成為可能。氧化鋅，作為一種具有優(yōu)越發(fā)光性能的發(fā)光材料，如果我們能夠找到某種方法能夠精確控制其局部的發(fā)光性能，那么就有可能在氧化鋅上高精度繪制發(fā)光圖案，從而可應(yīng)用于高密度信息存儲和高分辨顯示等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低廉快捷，簡單易行，易于大規(guī)模在氧化鋅薄膜上繪制亞微米級紫外發(fā)光圖案的方法。
本發(fā)明的在氧化鋅薄膜上直接繪制亞微米級紫外發(fā)光圖案的方法，采用的是電子束直接照射的方法，包括以下步驟1)將醋酸鋅、檸檬酸鈉和醇胺溶解于去離子水溶液中，調(diào)節(jié)pH值到10-11，然后將干凈的襯底浸入到該溶液中去，于60℃～90℃溫度下超聲振蕩，反應(yīng)1-4小時(shí)在襯底上沉積得到氧化鋅薄膜；2)用去離子水和乙醇反復(fù)清洗氧化鋅薄膜，去除表面反應(yīng)殘余物，在低于400℃下烘干；3)將氧化鋅薄膜置于掃描電鏡中，用聚焦電子束在氧化鋅薄膜上根據(jù)所需圖案進(jìn)行照射來繪制發(fā)光圖案，電子束的能量為1keV～30keV，束流為10pA～50nA，束斑直徑為10nm～100nm，放大倍數(shù)為50-100000倍。
上述的醇胺可以是三乙醇胺或二乙醇胺。所說的襯底是硅片或玻璃。
本發(fā)明中所用的醋酸鋅、檸檬酸鈉和醇胺均為市售商品。醋酸鋅、檸檬酸鈉和醇胺的摩爾用量比一般為1～50∶1∶1～20。
本發(fā)明繪制在氧化鋅薄膜的發(fā)光圖案，可采用集成在掃描電鏡中的高分辨陰極射線熒光系統(tǒng)在掃描模式下作讀取和記錄。
本發(fā)明方法通過改變掃描電鏡的放大倍數(shù)，可以改變發(fā)光文字圖案的尺寸和精度。在5000倍下，所繪制的發(fā)光圖案的線寬可以達(dá)到400nm。所繪制的發(fā)光圖案能在空氣中長時(shí)間保持不變，經(jīng)數(shù)月后仍無退化。本發(fā)明方法采用濕法化學(xué)法在低溫條件下制備氧化鋅薄膜，簡單廉價(jià)，易于大規(guī)模制備。用聚焦電子束進(jìn)行發(fā)光圖案繪制，易于操作，電子束照射會顯著增強(qiáng)該氧化鋅薄膜的紫外發(fā)光，并使其與缺陷發(fā)光相關(guān)的可見發(fā)光消失。因此，經(jīng)照射后的區(qū)域的紫外發(fā)光要大大強(qiáng)于未照射區(qū)域的紫外發(fā)光，從而得到亞微米級的紫外發(fā)光圖案。與常規(guī)的制備圖案的方法相比，本發(fā)明方法不要模板和其他預(yù)處理，通過電子束直接照射就能在氧化鋅上形成發(fā)光圖案，因此非常簡單快捷。由于發(fā)光圖案精度高，該方法可應(yīng)用于高分辨率的場發(fā)射顯示和高密度信息存儲等領(lǐng)域。另外，由于發(fā)光圖案不能直觀地從形貌上識別，該方法可用來記錄秘密文字信息。


圖1是用濕法化學(xué)法制備的氧化鋅薄膜的掃描電鏡照片；圖2是在電子束照射下氧化鋅的陰極射線熒光光譜隨照射時(shí)間的演化；右上角的插圖是氧化鋅的紫外發(fā)光和可見波段發(fā)光的歸一化峰值隨電子束照射時(shí)間的變化；圖3(a)和(b)分別是在繪制有紫外發(fā)光圖案的氧化鋅薄膜的掃描電鏡(SEM)照片和陰極射線熒光(CL)照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將10ml濃度為0.1M的醋酸鋅，2ml濃度為0.1M的檸檬酸鈉和10ml濃度為0.1M的二乙醇胺溶于100ml去離子水中，用氨水將溶液的pH值調(diào)至10.5，溶液溫度控制在70℃，將干凈的硅片浸入到溶液中，然后在超聲波振蕩器中超聲振蕩，反應(yīng)2小時(shí)后，將硅片從溶液中取出，在硅片襯底上沉積得到氧化鋅薄膜。
將得到的氧化鋅薄膜用去離子水和乙醇漂洗，以去除表面的反應(yīng)殘余物，然后在200℃空氣氣氛中保持2小時(shí)，干燥。
在場發(fā)射掃描電鏡(Hitachi S4300E/N)中對氧化鋅薄膜進(jìn)行觀察和發(fā)光圖案繪制，電子束能量為10keV，束流為20pA，束斑直徑約為20nm，放大倍數(shù)為5000倍。根據(jù)所需圖案在氧化鋅薄膜上照射，照射后的區(qū)域氧化鋅發(fā)光大大增強(qiáng)，得到紫外發(fā)光圖案。用集成在掃描電鏡中的高分辨陰極射線熒光系統(tǒng)進(jìn)行原位觀察并記錄發(fā)光圖案。
圖1是氧化鋅薄膜的場發(fā)射掃描電鏡照片，從圖中可以看出薄膜為多晶結(jié)構(gòu)，晶粒小于500nm。
圖2是在電子束照射下氧化鋅的陰極射線熒光光譜隨照射時(shí)間的演化，右上角的插圖是氧化鋅的紫外發(fā)光和可見波段發(fā)光的歸一化峰值隨電子束照射時(shí)間的變化。從圖中可以看出在電子束的照射下，在60秒內(nèi)氧化鋅的紫外發(fā)光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。
圖3(a)和(b)分別是書寫有紫外發(fā)光文字圖案(ZJU)的氧化鋅薄膜的掃描電鏡(SEM)照片和在385納米下的單色陰極射線熒光(CL)照片。根據(jù)明暗襯度的不同，從CL照片(圖3(b))中可以清楚的看出明亮的文字圖案，但是從SEM照片(圖3(a))所顯示的形貌上卻不能識別出發(fā)光圖案來。在5000倍下，圖案的線寬可以達(dá)到400nm。
權(quán)利要求
1.在氧化鋅薄膜上繪制亞微米級紫外發(fā)光圖案的方法，包括以下步驟1)將醋酸鋅、檸檬酸鈉和醇胺溶解于去離子水溶液中，調(diào)節(jié)pH值到9-11，然后將干凈的襯底浸入到該溶液中去，于60℃～90℃溫度下超聲振蕩，反應(yīng)1-4小時(shí)在襯底上沉積得到氧化鋅薄膜；2)用去離子水和乙醇反復(fù)清洗氧化鋅薄膜，去除表面反應(yīng)殘余物，在低于400℃下烘干；3)將氧化鋅薄膜置于掃描電鏡中，用聚焦電子束在氧化鋅薄膜上根據(jù)所需圖案進(jìn)行照射來繪制發(fā)光圖案，電子束的能量為1keV～30keV，束流為10pA～50nA，束斑直徑為10nm～100nm，放大倍數(shù)為50-100000倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在氧化鋅薄膜上繪制亞微米級紫外發(fā)光圖案的方法，其特征在于所說的醇胺是三乙醇胺或二乙醇胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在氧化鋅薄膜上繪制亞微米級紫外發(fā)光圖案的方法，其特征在于所說的襯底是硅片或玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開的在氧化鋅薄膜上繪制亞微米級紫外發(fā)光圖案的方法，其步驟如下將醋酸鋅、檸檬酸鈉和醇胺溶解于去離子水溶液中，調(diào)節(jié)pH值到10－11，然后將干凈的襯底浸入到該溶液中去，于60℃～90℃溫度下超聲振蕩，在襯底上沉積得到氧化鋅薄膜；清洗氧化鋅薄膜，去除表面反應(yīng)殘余物，在低于400℃的空氣氣氛中烘干；將氧化鋅薄膜置于掃描電鏡中，用聚焦電子束在氧化鋅薄膜上根據(jù)所需圖案進(jìn)行照射。該方法簡單廉價(jià)，操作方便，易于大規(guī)模制備。所得發(fā)光圖案精度高，能在空氣中長期保持不變。本發(fā)明可應(yīng)用于高分辨率的場發(fā)射顯示和高密度信息存儲等領(lǐng)域。另外，由于發(fā)光圖案不能直觀地從形貌上識別，該方法可用來記錄秘密文字信息。
文檔編號H01J37/00GK1837965SQ200610049580
公開日2006年9月27日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
發(fā)明者楊德仁, 謝榮國, 李東升, 蔣民華 申請人:浙江大學(xué)