纳米线定向自组装及互连制备阵列分布ZnO_SiC异质结研究.pdf

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1、硕士学位论文纳米线定向自组装及互连制备阵列分布ZnO/SiC异质结研究STUDYONTHEFABRICATIONOFARRAY-DISTRIBUTEDZNO/SICHETEROJUNCTIONSBYSELF-ASSEMBLYANDINTERCONNECTIONTECHNOLOGY聂瑀灼哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG407学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文纳米线定向自组装及互连制备阵列分布ZnO/SiC异质结研究硕士研究生：聂瑀灼导师：刘威申请学位：工学硕士学科

2、：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG407U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHEFABRICATIONOFARRAY-DISTRIBUTEDZNO/SICHETEROJUNCTIONSBYSELF-ASSEMBLYANDINTERCONNECTIONTECHNOLOGYCandidate：NieYuzhuoSupervisor：Liu

3、WeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要ZnO作为近年来新兴的第三代半导体材料，具有许多独特且

4、优越的性能，再加上纳米材料本身的尺度特性，使得ZnO纳米线在半导体激光器，紫外探测器，气体传感器，发光二极管等纳米器件上得到良好应用。ZnO纳米线作为制备器件的基本材料，其加工和连接是后续器件多样化和可设计化的基础。另外ZnO纳米线与其它功能材料相连可以带来更多性能上的改变，因此本文对ZnO纳米线的自组装和互连以及ZnO纳米线和SiC纳米线的互连进行研究。本文首先采用了两种方法制备ZnO纳米线，一种是水热法，可以制备出平均直径为300nm，平均长度18μm的ZnO纳米线。但是由于其长度较短，不适合后续的实验，因此采用第

5、二种方法，Zn直接氧化法。该方法制备出了超长的ZnO纳米线，平均直径为500nm，平均长度在280μm，适用于后续实验。接下来要对ZnO纳米线进行自组装排列，使其规则的朝向同一方向，这对ZnO纳米线成为电子线路和异质结网络是至关重要的。实验采用的是印模印刷法，原理是通过一个带有许多平行沟道的PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)印模沿着沟道方向进行拖拽。沟道的束缚和端部弯液面的毛细作用力使得纳米线最终沿着印刷的方向平行排列。最终在基板被0.2%的PLL(Poly-L-Lysine，多聚-L

6、-赖氨酸)溶液处理后，用沟道宽度较小的印模进行印刷2-4次且每次都滴加纳米线的无水乙醇悬浊液，排列效果最好。最后要对ZnO纳米线进行互连。互连采用了三种焊接方式，第一种是激光加热连接工艺，该工艺需要较高的激光功率(500W)，虽然温度足以使ZnO纳米线表面熔化并形成互连，但是升温过快(10ms)产生的巨大热应力使基板炸裂。第二种是电磁加热，虽然基板不被破坏，但是升降温依旧较快(2-3s)，导致凝固后的纳米线形貌不完整。第三种采用传统的热压焊接，温度、时间和压力易于控制，且升温和降温较慢，可以很好地控制纳米线形貌和焊接效

7、果。选用Si基板和SiC基板分别进行焊接。结果得到ZnO纳米线在1050℃下便可以形成互连，发现温度过高、压力过大或时间过长会导致ZnO纳米线形貌破坏。然后将互连工艺和自组装排列结合起来，探究了两层单向排列的纳米线垂直相对接触并互连形成ZnO纳米线网络的工艺。并且发现ZnO纳米线和SiC基板发生熔合，证明ZnO和SiC纳米线也可以形成互连，并通过DSC和光致发光分析测试推测出ZnO和SiC的互连机理。关键词：ZnO纳米线；SiC纳米线；自组装排列；纳米连接；连接机理-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractA

8、sthemostpopularthirdgenerationsemiconductormaterialinrecentyears,ZnOhasmanyuniqueandsuperiorproperties.Coupledwiththescalecharacteristicsofnanomaterials,ZnOnanowiresa