CN111333103B - 一种数码可控打印izo半导体纳米线的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种数码可控打印IZO半导体纳米线的方法。该方法以N,N‑二甲基甲酰胺及三氯乙烯为混合溶剂，溶解聚乙烯吡咯烷酮、醋酸锌及硝酸铟水合物制得前驱体溶液，然后利用电流体喷印设备打印出纳米线阵列，最后高温退火后制备出透光率高、长而连续、尺寸均匀、数码可控的IZO半导体纳米线。本发明解决了传统无机纳米线合成方法中短小、杂乱的问题，可以规则排列，适用于更多器件类型：如晶体管、传感器等，为无机半导体纳米线的制备开辟新径。

Description

一种数码可控打印IZO半导体纳米线的方法
技术领域：
本发明属于先进材料制造领域，具体来说，本发明涉及一种数码可控打印IZO半导体纳米线的方法。
背景技术：
氧化铟锌(IZO)作为广泛应用于晶体管沟道材料的金属氧化物半导体，具有迁移率高、导电性好及透明度高等优点，在平板显示及柔性集成电路等方面取得广泛应用。
作为MOSFET中传统的半导体材料，IZO薄膜已被广泛报道。但是，关于一维IZO半导体的制备相对较少，且到目前为止，一维IZO半导体大多采用水热法、沉积法或传统的静电纺丝法制备，但水热法和沉积法无法获得长而连续的纳米线阵列，而静电纺丝法纺出的纳米纤维则十分杂乱，无法有序排列。
发明内容：
本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种数码可控打印IZO半导体纳米线的方法。该方法以N,N-二甲基甲酰胺及三氯乙烯为混合溶剂，溶解聚乙烯吡咯烷酮、醋酸锌及硝酸铟水合物制得前驱体溶液，然后利用电流体喷印设备打印出纳米线阵列，最后高温退火后制备出透光率高、长而连续、尺寸均匀、数码可控的IZO半导体纳米线。本发明解决了传统无机纳米线合成方法中短小、杂乱的问题，可以规则排列，适用于更多器件类型：如晶体管、传感器等，为无机半导体纳米线的制备开辟新径。
本发明的技术方案为：
一种数码可控打印IZO半导体纳米线的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将N,N-二甲基甲酰胺与三氯乙烯混合，制备为混合溶剂；
其中，质量比为，N,N-二甲基甲酰胺：三氯乙烯＝2～4:1；
(2)将聚乙烯吡咯烷酮、二水合醋酸锌与硝酸铟水合物溶于混合溶剂中，常温搅拌0.5-24小时，得到前驱体溶液；
其中，质量比为，聚乙烯吡咯烷酮：二水合醋酸锌＝1:2-1:4，二水合醋酸锌：硝酸铟水合物＝10:1-20:1；前驱体溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为10-20％；
(3)利用电流体喷印设备将前驱体溶液打印为纳米线阵列；
其中，注射器针头和接收面之间的电压为0.5～2.5kV、注射器针头距基板的距离为1～6mm，将注射器针头出液流量设置为1～50nL/min，将基板运动速度设置为300-1000mm/s；
(4)将纳米线阵列300-500℃下煅烧30-120分钟，得到IZO半导体纳米线。
所述的IZO半导体纳米线的直径为50～5000nm。
本发明的实质性特点为：
当前的静电纺丝中，需要较大电压(约15KV)，而本发明的纳米线打印技术所用的电压较小(1KV左右)；另一方面，静电纺丝中接收板是固定的，而本发明的数码可控纳米线打印技术，纳米线打印过程中的基板是高速运动的，从而使笔直的纳米线制备变为可能。
本发明的有益效果为：
到目前为止，一维IZO半导体的制备大多采用水热法、沉积法或传统的静电纺丝法制备，但水热法和沉积法无法获得长而连续的阵列，而静电纺丝法纺出的纳米纤维则十分杂乱，无法有序排列。本发明所制备的IZO半导体纳米线具有数码可控的特点，能够打印出长而连续的纳米线，并且其排布方式、单根纳米线走向以及纳米线阵列的间距均可控制，有效解决传统纳米线合成方法中的瓶颈问题。
附图说明：
图1为实施例1中IZO半导体纳米线阵列的光学显微镜图片；
图2为实施例1中IZO半导体纳米线的光学显微镜图片；
图3为实施例1中IZO半导体纳米线的FESEM图片；
图4为基于实施例1制得的IZO半导体纳米线的突触电子器件在源极接地，漏极电压为0.1V条件下的短时程突触可塑性的电学性能图；
图5为当前技术中一种化学气相沉积法制备的IZO纳米棒的SEM图片；
图6为当前技术中化学气相沉积法制备的IZO纳米线的SEM图片；
图7为本发明得到IZO半导体纳米线打印在玻片上的照片。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明：
具体实施方式：
实施例1
(1)将质量比为2:1的N,N-二甲基甲酰胺与三氯乙烯混合，制备为混合溶剂；
(2)将聚乙烯吡咯烷酮、硝酸铟水合物和二水合醋酸锌溶于N,N-二甲基甲酰胺/三氯乙烯的混合溶剂中，常温搅拌12小时，制备为前驱体溶液，其中，聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为11.7％，聚乙烯吡咯烷酮与二水合醋酸锌的质量比为1:2，二水合醋酸锌与硝酸铟水合物的质量比为20:1；
(3)利用电流体喷印设备(E-Jet)将混合溶液数码可控的打印纳米线阵列，控制注射器针头和接收面之间的电压为1kV、注射器针头距基板的距离为5mm，将注射器针头出液流量设置为20nL/min，将基板运动速度设置为1000mm/s；
(4)将纳米线阵列置于马弗炉中，500℃煅烧60分钟，得到IZO半导体纳米线。
图1为实施例1中IZO半导体纳米线阵列的光学显微镜图片，可以看出纳米线阵列排布均匀，纳米线阵列的长度约为1800微米，线间距约为300微米。图2和图3分别为单根IZO半导体纳米线的光学显微镜及扫描电子显微镜图片，可以看出笔直的纳米线直径约为250纳米。图4为基于IZO半导体纳米线的突触电子器件的短时程突触可塑性图片，其中源极接地，漏极电压为0.1V，当栅极被施加大小为5V、持续时间为50ms的突触前刺激时，可检测到突触电子器件的兴奋性突触后电流约为20μA，说明突触电子器件具有较好的短时突触可塑性能。
图5和图6为当前技术中利用化学气相沉积法制备的IZO纳米棒和纳米线的照片。相对于图5和图6得到的产物，说明本发明所制备的IZO纳米线连续、笔直且均匀。
图7为本发明制得的纳米线打印在玻片上的照片，中间的一小段区域为100根纳米线阵列。从图上可以显示本发明的材料具有良好的透光性。
实施例2
(1)将质量比为2:1的N,N-二甲基甲酰胺与三氯乙烯混合，制备为混合溶剂；
(2)将聚乙烯吡咯烷酮、硝酸铟水合物和二水合醋酸锌溶于N,N-二甲基甲酰胺/三氯乙烯的混合溶剂中，常温搅拌1小时，制备为前驱体溶液，其中，聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为150％，聚乙烯吡咯烷酮与二水合醋酸锌的质量比为1:3，二水合醋酸锌与硝酸铟水合物的质量比为20:1；
(3)利用电流体喷印设备将混合溶液数码可控的打印纳米线阵列，控制注射器针头和接收面之间的电压为0.8kV、注射器针头距基板的距离为3mm，将注射器针头出液流量设置为40nL/min，将基板运动速度设置为500mm/s；
(4)将纳米线阵列置于马弗炉中，400℃煅烧100分钟，得到IZO半导体纳米线。
实施例3
(1)将质量比为4:1的N,N-二甲基甲酰胺与三氯乙烯混合，制备为混合溶剂；
(2)将聚乙烯吡咯烷酮、硝酸铟水合物和二水合醋酸锌溶于N,N-二甲基甲酰胺/三氯乙烯的混合溶剂中，常温搅拌24小时，制备为前驱体溶液，其中，聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为20％，聚乙烯吡咯烷酮与二水合醋酸锌的质量比为1:4，二水合醋酸锌与硝酸铟水合物的质量比为15:1；
(3)利用电流体喷印设备将混合溶液数码可控的打印纳米线阵列，控制注射器针头和接收面之间的电压为2kV、注射器针头距基板的距离为4mm，将注射器针头出液流量设置为10nL/min，将基板运动速度设置为300mm/s；
(4)将纳米线阵列置于马弗炉中，300℃煅烧30分钟，得到IZO半导体纳米线。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (1)

1.一种数码可控打印IZO半导体纳米线的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将N,N-二甲基甲酰胺与三氯乙烯混合，制备为混合溶剂；
其中，质量比为，N,N-二甲基甲酰胺：三氯乙烯＝2～4:1；
(2)将聚乙烯吡咯烷酮、二水合醋酸锌与硝酸铟水合物溶于混合溶剂中，常温搅拌0.5-24小时，得到前驱体溶液；
其中，质量比为，聚乙烯吡咯烷酮：二水合醋酸锌＝1:2-1:4，二水合醋酸锌：硝酸铟水合物＝10:1-20:1；前驱体溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为10-20％；
(3)利用电流体喷印设备将前驱体溶液打印为纳米线阵列；
其中，注射器针头和接收面之间的电压为0.5～2.5kV、注射器针头距基板的距离为1～6mm，将注射器针头出液流量设置为1～50nL/min，将基板运动速度设置为300-1000mm/s；
(4)将纳米线阵列300-500℃下煅烧30-120分钟，得到IZO半导体纳米线；
所述的IZO半导体纳米线的直径为50～5000nm。
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KR101397451B1 (ko) * 2013-01-16 2014-05-21 한국과학기술연구원 Ｃｕ(Ｉｎ,Ｇａ)Ｓｅ2 나노로드 또는 나노와이어의 제조방법 및 이를 포함하는 재료
CN103409848B (zh) * 2013-08-11 2016-06-29 吉林大学 一种具有核/壳异质结构金属氧化物复合纳米纤维的制备方法
CN109449245A (zh) * 2018-10-22 2019-03-08 福州大学 一种金属氧化物光晶体管及其制备方法

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