本發明涉及一種增強太赫茲波的zno納米陣列的制備方法，屬于納米材料制備領域。

背景技術：

太赫茲(terahertz，thz)輻射是對一個特定波段的電磁輻射的統稱。它在電磁波譜中位于微波和紅外輻射之間，一般所謂的太赫茲波段，其頻率范圍為0.1～10thz。自然界中擁有大量的太赫茲輻射源，但是在20世紀80年代中期之前，由于缺乏太赫茲波段高效率的發射源和靈敏的探測器，這一波段的電磁輻射并未得到深入研究，只有極少量的技術和應用，因此，太赫茲波段成為寬廣的電磁波譜中一段不為人熟悉的“空白”，被稱為電磁波譜的“太赫茲空隙”。近20年來，超快光電子技術和低尺度半導體技術的發展為太赫茲波段提供了合適的光源和探測手段，太赫茲科學和技術才得以快速發展。

氧化鋅（zno）作為一種重要的ⅱ-ⅳ族直接帶隙寬禁帶半導體材料。室溫下能帶帶隙為3.37ev，激子束縛能高達60mev，能有效工作于室溫及更高溫度。而當其尺寸達到納米數量級時，與普通zno相比，納米zno展現出許多優異和特殊的性能，如壓電性能、近紫外發射、透明導電性、生物安全性和適應性等，使得其在壓電材料、紫外光探測器、場效應管、表面聲波、太陽能電池、氣體傳感器、生物傳感器等領域擁有廣闊的應用前景?；趜no納米材料本身的良好性能，用zno納米材料必然會對太赫茲波有一定的響應，而其響應的關鍵就是其納米結構陣列的整齊程度，

對于zno陣列薄膜的制備通常采用氧化鋁（aao）模板來制備，但這種方法需要預先制備出高質量的多孔陣列氧化鋁模板，而且還需要很好的模板轉移技術，制備過程對操作者的基本技能要求較高。也有人通過電化學沉積的方式制備zno陣列薄膜，如專利201310016812.0通過電沉積的方式在多層ps小球模板上制備分級結構多孔陣列zno薄膜，但是其工藝復雜，得到的陣列結構非常不整齊。也有通過磁控濺射的方法制備zno納米線，如專利201010609908.4中，通過在襯底上濺射沉積一層金屬膜，然后通過化學方法生長zno納米線，然而生長出的納米線方向不可控制，生長并不均勻，同樣有陣列結構不整齊的問題。

技術實現要素：

本發明針對現有技術存在的問題，提供一種增強太赫茲波的zno納米陣列的制備方法，本發明方法工藝簡單，制得的zno納米陣列具有陣列結構整齊，方向可控，結構尺寸可控，增強太赫茲波的特點。

一種增強太赫茲波的zno納米陣列的制備方法，具體步驟如下：

（1）前處理：將硅片進行單面拋光，在硅片的拋光面組裝單層ps小球模板，干燥2~6h得到負載于硅片的單層ps小球模板，具體方法為：

將清洗后的硅片拋光面向上放置在盛有稀硫酸的培養皿中，取5~10μl粒徑為500nm的ps小球水溶液沿培養皿滴入稀硫酸中，以便在液體表面形成單層ps小球；慢慢將培養皿中的液體抽出，使單層ps小球沉積于硅片上，將硅片置于室溫干燥2~6h，隨后置于溫度為110℃的鼓風干燥箱中干燥10min得到負載于硅片的單層ps小球模板；

（2）直流濺射：室溫條件下，以步驟（1）所制負載于硅片的單層ps小球模板為襯底，采用直流磁控濺射法將zno沉積到該單層ps小球模板上；

（3）后退火：將步驟（2）所得產品進行退火處理，得到zno納米量子點；

（4）水熱生長成陣列：將步驟（3）所得zno納米量子點懸浮放置于鋅鹽溶液中，在溫度70℃~90℃條件下，水熱生長20~60min即得目標產品。

所述步驟（1）組裝單層ps小球模板的面積為硅片面積的1/3~1/2；

所述步驟（2）直流磁控濺射法為以氬氣為工作氣體，工作真空0.1~2pa，氬氣流量10~30sccm；在功率為20~40w的條件下，直流預濺射10~15min；調整濺射功率為60~80w，濺射30~60min；

所述步驟（3）退火處理的溫度為300~500℃，退火時間為40~80min；

所述步驟（4）鋅鹽溶液為硝酸鋅和甲胺的混合水溶液，其中混合水溶液中硝酸鋅的濃度為0.2~0.3mol/l，甲胺的濃度為0.2~0.3mol/l。

本發明的有益效果是：

（1）本發明方法以單層ps小球為模板，采用直流磁控濺射的方式沉積zno，而后通過水熱方法生長得到陣列結構整齊的zno納米陣列，制備方法對設備要求低，工藝簡單；

（2）本發明方法得到的zno納米陣列能夠有效提高太赫茲波的激發強度與探測靈敏度；

（3）本發明方法為制備納米陣列結構提供了新的思路，本方法并不僅限于zno材料，同樣適用于inas、si、gaas、znte等材料，不僅能夠增強太赫茲波的激發，在薄膜太陽能電池、氣體傳感器、生物傳感器等領域也具有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明工藝流程圖；

圖2為實施例1制備的負載于硅片的單層ps小球模板的afm圖；

圖3為實施例1制備的zno納米陣列xrd圖；

圖4為實施例1制備的zno納米陣列與zno薄膜對比的thz-tds譜圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式和附圖對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不限于所述內容。

實施例1：如圖1所示，一種增強太赫茲波的zno納米陣列的制備方法，具體步驟如下：

（1）前處理：將硅片進行單面拋光，將清洗后的硅片拋光面向上放置在盛有稀硫酸的培養皿中，取5μl粒徑為500nm的ps小球水溶液沿培養皿滴入稀硫酸中，以便在液體表面形成單層ps小球；慢慢將培養皿中的液體抽出，使單層ps小球沉積于硅片上，其中組裝的單層ps小球模板的面積為硅片面積的1/2，將硅片置于室溫下干燥2h，隨后置于溫度為110℃的鼓風干燥箱中干燥10min得到負載于硅片的單層ps小球模板；

（2）直流濺射：室溫條件下，以步驟（1）所制負載于硅片的單層ps小球模板為襯底，采用直流磁控濺射法將zno沉積到該單層ps小球模板上得到zno鑲嵌于ps小球模板的結合物；直流磁控濺射法是以氬氣為工作氣體，工作真空0.1pa，氬氣流量10sccm；在功率為20w的條件下，直流預濺射10min；預濺射后，調整濺射功率為60w，濺射60min；

（3）后退火：在溫度為300℃條件下，將步驟（2）所得結合物進行退火處理80min，去除ps小球模板，得到zno納米量子點；

（4）水熱生長成陣列：將步驟（3）所得zno納米量子點上下顛倒懸浮放置于鋅鹽溶液（鋅鹽溶液為硝酸鋅和甲胺的混合水溶液，其中混合水溶液中硝酸鋅的濃度為0.25mol/l，甲胺的濃度為0.25mol/l）中，在溫度90℃條件下，水熱生長20min即得目標產品即增強太赫茲波的zno納米陣列；

本實施例制備的單層ps小球模板的afm圖如圖2所示，從圖中可知，本實施例獲得了均勻度良好排列整齊的單層ps小球模板；圖3為本實施例制得的zno納米陣列的xrd譜圖，從圖中可知，本實施例得到了取向為（200）的氧化鋅，方向整齊均一；圖4為本實施例制得的zno納米陣列與光滑zno薄膜的thz-tds對比譜圖，從圖中可知通過thz-tds檢測得到的整齊的zno納米陣列在3thz、4thz、4.5thz的強度比zno光滑薄膜的強度高，說明整齊的zno納米陣列的效果非常明顯。

實施例2：如圖1所示，一種增強太赫茲波的zno納米陣列的制備方法，具體步驟如下：

（1）前處理：將硅片進行單面拋光，將清洗后的硅片拋光面向上放置在盛有稀硫酸的培養皿中，取8μl粒徑為500nm的ps小球水溶液沿培養皿滴入稀硫酸中，以便在液體表面形成單層ps小球；慢慢將培養皿中的液體抽出，使單層ps小球沉積于硅片上，其中組裝的單層ps小球模板的面積為硅片面積的1/3，將硅片置于室溫干燥4h，隨后置于溫度為110℃的鼓風干燥箱中干燥10min得到負載于硅片的單層ps小球模板；

（2）直流濺射：室溫條件下，以步驟（1）所制負載于硅片的單層ps小球模板為襯底，采用直流磁控濺射法將zno沉積到該單層ps小球模板上得到zno鑲嵌于ps小球模板的結合物；直流磁控濺射法是以氬氣為工作氣體，工作真空1.0pa，氬氣流量20sccm；在功率為30w的條件下，直流預濺射12min；預濺射后，調整濺射功率為70w，濺射40min；

（3）后退火：在溫度為400℃條件下，將步驟（2）所得結合物進行退火處理60min，去除ps小球模板，得到zno納米量子點；

（4）水熱生長成陣列：將步驟（3）所得zno納米量子點上下顛倒懸浮放置于鋅鹽溶液（鋅鹽溶液為硝酸鋅和甲胺的混合水溶液，其中混合水溶液中硝酸鋅的濃度為0.2mol/l，甲胺的濃度為0.2mol/l）中，在溫度80℃條件下，水熱生長30min即得目標產品即增強太赫茲波的zno納米陣列；

從本實施例制備的單層ps小球模板的afm圖可知，本實施例獲得了均勻度良好排列整齊的單層ps小球模板；從本實施例制得的zno納米陣列的xrd譜圖可知，本實施例得到了取向為（200）的氧化鋅，方向整齊均一；本實施例制得的zno納米陣列與光滑zno薄膜的thz-tds對比譜圖可知，通過thz-tds檢測得到的整齊的zno納米陣列在3thz、4thz、4.5thz的強度比zno光滑薄膜的強度高，說明整齊的zno納米陣列的效果非常明顯。

實施例3：如圖1所示，一種增強太赫茲波的zno納米陣列的制備方法，具體步驟如下：

（1）前處理：將硅片進行單面拋光，在硅片的拋光面組裝單層ps小球模板，干燥2~6h得到負載于硅片的單層ps小球模板，將清洗后的硅片拋光面向上放置在盛有稀硫酸的培養皿中，取10μl粒徑為500nm的ps小球水溶液沿培養皿滴入稀硫酸中，以便在液體表面形成單層ps小球；慢慢將培養皿中的液體抽出，使單層ps小球沉積于硅片上，其中組裝的單層ps小球模板的面積為硅片面積的5/12，將硅片置于室溫干燥6h，隨后置于溫度為110℃的鼓風干燥箱中干燥10min得到負載于硅片的單層ps小球模板；

（2）直流濺射：室溫條件下，以步驟（1）所制負載于硅片的單層ps小球模板為襯底，采用直流磁控濺射法將zno沉積到該單層ps小球模板上得到zno鑲嵌于ps小球模板的結合物；直流磁控濺射法是以氬氣為工作氣體，工作真空2.0pa，氬氣流量30sccm；在功率為40w的條件下，直流預濺射15min；預濺射后，調整濺射功率為80w，濺射30min；

（3）后退火：在溫度為500℃條件下，將步驟（2）所得結合物進行退火處理40min，去除ps小球模板，得到zno納米量子點；

（4）水熱生長成陣列：將步驟（3）所得zno納米量子點上下顛倒懸浮放置于鋅鹽溶液（鋅鹽溶液為硝酸鋅和甲胺的混合水溶液，其中混合水溶液中硝酸鋅的濃度為0.3mol/l，甲胺的濃度為0.3mol/l）中，在溫度70℃條件下，水熱生長60min即得目標產品即增強太赫茲波的zno納米陣列。

從本實施例制備的單層ps小球模板的afm圖可知，本實施例獲得了均勻度良好排列整齊的單層ps小球模板；從本實施例制得的zno納米陣列的xrd譜圖可知，本實施例得到了取向為（200）的氧化鋅，方向整齊均一；本實施例制得的zno納米陣列與光滑zno薄膜的thz-tds對比譜圖可知，通過thz-tds檢測得到的整齊的zno納米陣列在3thz、4thz、4.5thz的強度比zno光滑薄膜的強度高，說明整齊的zno納米陣列的效果非常明顯。