Способ получения массивов наностержней оксида цинка

(51) 81 1/00 (2011.01) 81 99/00 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАССИВОВ НАНОСТЕРЖНЕЙ ОКСИДА ЦИНКА(57) Способ может применяться для создания солнечных элементов,в оптоэлектронике,сенсорике. Техническим результатом изобретения является получение упорядоченных массивов наностержней оксида цинка на неориентированных неориентирующих подложках без использования катализаторов. Сущность изобретения заключается в том, что вертикально упорядоченные массивы наностержней оксида цинка получают методом газотранспортного синтеза,ускоренного присутствием углерода на поверхности подложки,при этом углеродный поверхностный слой создается при пиролизе предварительно нанесенного на подложку слоя углеродсодержащего вещества непосредственно в процессе синтеза.(72) Абдуллин Хабибулла Абдуллаевич Бакранов Нурлан Болатович Габдуллин Маратбек Тулебергенович Кудайбергенов Саркыт Елекенович Кумеков Серик Ешмухамбетович Мухамедшина Дания Махмудовна Подрезова Леся Владимировна(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Национальная нанотехнологическая лаборатория открытого типа Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Казахский национальный университет им. аль-Фараби Министерства образования и науки Республики Казахстан Изобретение относится к способам получения полупроводниковых материалов, используемых в различных областях техники, в частности, для создания солнечных элементов. Проблемы разработки новых типов солнечных элементов в настоящее время приобретают большую актуальность. Одним из видов новых типов солнечных элементов являются элементы на массивах наностержней из оксида цинка , М., , , , , ., , -.4,. 455-459 (2005). Возможность создания таких солнечных элементов остро ставит проблему развития экономически эффективных технологий получения массивов наностержней из оксида цинка. Известны способы получения полупроводникового оксида цинка в виде наноструктурированных материалов , , К.В.Тео,,,. -. . . С 2009, 773, 39503954 методом газофазного синтеза, который позволяет получать наноструктурированные материалы, в том числе в виде упорядоченных массивов стержней. Общим недостатком является использование специальных, монокристаллических подложек с высокой стоимостью, а также необходимость создания каталитических слоев для интенсификации процесса роста. Известен способ получения массивов наностержней оксида цинка газотранспортным методом, наиболее близкий к заявляемому, взятый за прототип Т. , . , Н. , К... . . . , 2008, 112 (48),18923-18926, в котором для ускорения процесса роста на поверхность подложек методом дугового разряда наносился тонкий слой углерода. Недостатком этого способа является то, что используются монокристаллические подложки и каталитические наночастицы золота, а процесс создания углеродного слоя является отдельной сложной технологической операцией. Предлагаемый способ устраняет отмеченные недостатки, позволяя получить технический результат, состоящий в том, что массив наностержней оксида цинка получается на неориентированных аморфных подложках (в качестве примера использован слой аморфного оксида кремния) методом газофазного роста с использованием затравочного слоя углерода,полученного методом пиролиза органического соединения в процессе роста . При этом процесс получения массивов наностержнейзначительно упрощается, увеличивается скорость формирования,снижаются затраты и повышается эффективность способа из-за отсутствия необходимости использования ориентированных кристаллических подложек и катализаторов из золота. Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения массивов наностержней оксида цинка путем газотранспортного синтеза,ускоренного присутствием углерода на поверхности подложки,углеродный поверхностный слой создается при пиролизе предварительно нанесенного на подложку слоя углеродсодержащего вещества непосредственно в процессе синтеза, при этом в качестве углеродсодержащего слоя может быть использована тонкая пленка органических веществ, таких как полимеры, жирные кислоты,воски, масла и др. В качестве подложек взяты пластины кремния,покрытые слоем термически выращенного аморфного оксида кремния толщиной около 500 ангстрем. Подложка тщательно очищалась от поверхностных загрязнений обработкой в кипящих органических растворителях (этанол, бензол,четыреххлористый углерод),несколько раз промывалась в деионизованной воде и высушивалась при 80 С. Для создания углеродсодержащего слоя использовался 10 (по объему) раствор полимера смеси поликатиона(гидроксиэтилцеллюлоза,полимер -400) и аниона (поверхностно-активное вещество додецилбензен сульфонат натрия) в этаноле. Подготовленная подложка кратковременно на 1-3 секунды окуналась в данный раствор. При этом раствор наносился только на половину подложки, вторая половина оставалась чистой, что обеспечивало возможность сравнительных измерений на образцах,полученных с использованием углеродного слоя и без него. После высушивания при комнатной температуре в течение 30 минут подложка с нанесенным на одну ее половину углеродсодержащим слоем и с источником цинка - кусочком металлического цинка- помещалась в реактор газотранспортного синтеза,воздух из которого откачивался, затем подавался аргон в качестве транспортного газа до давления 40 кПа. При таком давлении перенос цинка не происходит. Температура печи поднималась до температуры 550-600 С. В процессе повышения температуры происходил пиролиз углеродсодержащего слоя с образованием летучих соединений и углеродной пленки на поверхности подложки. После достижения рабочей температуры давление в реакторе понижалось до 4 кПа, что вызывало испарение цинка. Для окисления паров цинка дополнительно подавалось 2 кПа воздуха. Процесс роста длился 5-10 минут, после чего давление вновь поднималось до 40 кПа, а температура реактора понижалась до комнатной. В результате синтеза на половине подложки с предварительно нанесенным углеродсодержащим слоем образовывался слой вертикально упорядоченных монокристаллических стержней оксида цинка, в то время как контрольная половина подложки оставалась чистой. Морфология полученных слоев контролировалось методом растровой электронной микроскопией,структурное совершенство контролировалось рентгенодифракционным методом. На фиг.1 представлены электронномикроскопические снимки слоев оксида цинка (а) - вид сверху участка образца на границе чистой области (левая часть снимка) и поверхности с углеродной пленкой (правая часть снимка)поперечное сечение образца на участке, покрытым углеродной пленкой. Как видно из фиг.1 а, на поверхности подложки, покрытой углеродным слоем, происходит рост структур из , в то время как на чистой поверхности наблюдаются отдельные стержни оксида цинка, выросшие в газовой фазе и затем осажденные на подложку. На фиг.2 показаны дифрактограммы слоев оксида цинка- полученная на образце с упорядоченными наностержнями оксида цинка,выращенными на углеродном слое- полученная на поликристаллическом порошке оксида цинка. Можно видеть,что дифрактограмма(1) соответствует монокристаллическим стержням,ориентированным осью 002 перпендикулярно плоскости подложки, в то время как- типичным поликристаллическим слоям оксида цинка. Таким образом, предложенный способ позволяет получить слои монокристаллических стержней оксида цинка на неориентирующих подложках. Принципиальное отличие настоящего изобретения состоит в том, что вместо предварительного создания тонкого углеродного слоя методом распыления в дуговом разряде до проведения синтеза структур изв способе используется создание углеродсодержащего слоя из высокомолекулярных соединений и органических веществ. Данный углеродсодержащий слой превращается в слой углерода путем пиролиза на этапе повышения температуры установки газотранспортного синтеза и выхода на рабочий режим для синтеза структур из . ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения массивов наностержней оксида цинка методом газотранспортного синтеза,ускоренного присутствием углерода на поверхности подложки, отличающийся тем, что углеродный поверхностный слой создается при пиролизе предварительно нанесенного на подложку слоя углеродсодержащего вещества непосредственно в процессе синтеза.