175_090-045DP-TW

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175_090-045DP-TW

發佈日期 : 2009-04-29

DTD版本：

1.0.0

發明專利說明書


※申請案號：090132235	※I P C 分類：

一、	發明名稱：
	氧化鋅奈米線之製造方法(全文下載)

二、	中文發明摘要：
	本發明係有關一種氧化鋅奈米線(nanowires)之製造方法，主要係於銅化(copper metallized)後之基材上，藉由使用濺鍍沉積(sputter deposition)之技術形成氧化鋅奈米線。

三、

英文發明摘要：

四、	指定代表圖：
	(一)本案指定代表圖為：第（　　）圖
	(二)本代表圖之元件符號簡單說明：

五、	本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：

六、	發明說明：
	【發明所屬之技術領域】
[n]	本發明係有關一種氧化鋅奈米線(nanowires)之製造方法，係以濺鍍方式於銅化後之基材上形成氧化鋅奈米線。
	【先前技術】
[n]	氧化鋅係為六方最密堆積(hexagonal close-packed)之結構(即纖維鋅礦型式(wurtzite type))，係具有非常好的介電及光學特性，因此可廣泛應用至各種光電、半導體等領域。而隨著奈米科技之進步，將材料科學推進到奈米大小之境界，提供更微小之裝置及元件，其中奈米線(nanowires)之製成係為重要技術之一，其具有非常獨特之電、磁、光特性和應用淺力，可應用作為半導體之電子元件、光電元件等。
[n]	從1960年起，已有人使用氣-液-固(vapor-liquid-solid, VLS)反應方法製成矽奈米線(silicon whiskers)。除了前述矽奈米線外，氧化鋅奈米線(ZnO nanowires)之研究也日亦受到重視，目前已有少數幾篇文獻刊載相關之技術，例如：將純度為99.99%且含有奈米顆粒之鋅粉加熱至900℃已形成氧化鋅奈米線，直徑範圍為30nm至60nm[Journal of Crystal Growth, 234(1):171-175 JAN 2002]；另外，使用物理氣相沉積法製成氧化鋅奈米線之技術也已被揭露[Applied Physics Letters, 78(4):407-409 JAN 22 2001]，且上述兩種方法其奈米線之成長機制係藉由傳統VLS方法來控制，然而，使用VLS方法形成奈米線存在下列缺點：(1)殘留金屬催化劑，及(2)產率很低。另，習知技術形成奈米線之方法，其沉積之基材材料必須為單晶結構(例如：藍寶石及鑽石)，因而受到諸多限制。因此，如何發展一新穎、簡單之技術來製成氧化鋅奈米線，係為奈米科技領域之一大挑戰。
	【發明內容】
[n]	有鑑於習知技術之限制，本發明之目的係提供一種新穎之氧化鋅奈米線(ZnO nanowires)之製造方法，係於銅化之基材上，以濺鍍(sputtering)方式形成氧化鋅奈米線。
[n]	本發明之製造方法係以物理方式製造氧化鋅奈米線，且選用之基材並不受單晶結構之限制，克服習知技術之缺點。此製造方法至少包含：提供一基材；於前述基材表面上銅化(copper metallization)；沉積氧化鋅於前述銅化之基材表面；及形成氧化鋅奈米線。
[n]	前述之基材係可為單晶或非單晶之材料，例如：矽、金屬及其化合物，其中較佳係為矽。
[n]	前述銅化之方法並不特別受到限制，可以物理或化學方式製成，例如：電鍍技術(plating technology)或離子束濺鍍(ion beam sputter, IBS)沉積技術。
[n]	前述沉積氧化鋅奈米線之方法係為物理方法，例如：RF濺鍍沉積法。
[n]	前述沉積方法係可形成氧化鋅薄膜及/或氧化鋅奈米線。
[n]	前述氧化鋅奈米線係形成於氧化鋅薄膜上或直接形成於銅化之基材上，且前述之氧化鋅奈米線係以隨機方式排列。
[n]	前述之氧化鋅薄膜係為複晶結構，及前述之氧化鋅奈米線係為單晶結構。
[n]	前述之氧化鋅奈米線係具有相似之直徑。
	【實施方式】
[n]	1.基材之製備
[n]	選擇一適當之基材材料，如：矽晶圓，其上具有Ti金屬層作為基材銅化之起始材料，前述銅化之步驟係藉由一般電鍍法或離子束濺鍍沉積法(IBS deposition method)來達成。在IBS沉積方法中，銅係藉由使用30mA x 750V之離子束，壓力為5.3 x 10^-2Pa(4 x 10^-4torr)，且於Ar環境下沉積約30分鐘。
[n]	2.沉積氧化鋅
[n]	本發明係使用濺鍍沉積法，例如：射頻磁控濺鍍沉積(radio frequency magnetron sputter deposition)技術，將氧化鋅沉積於銅化後之基材上。於壓力為6.7 x 10^-1Pa(5 mtorr)下，使用200 W之RF功率及工作距離為45mm，且使用不同的O₂/Ar混合比例，如：0.1、0.2、0.3及0.4之條件下沉積氧化鋅約30分鐘。
[n]	如圖二所示，係為本發明之方法製成之氧化鋅薄膜之影像圖，並經由儀器分析薄膜後，前述氧化鋅薄膜係為複晶結構之晶體，且具有99.999%之純度及約2英吋之直徑。
[n]	3.製成氧化鋅奈米線(ZnO nanowires)
[n]	根據本發明之前述步驟係可形成氧化鋅奈米線1，如圖三所示，且前述氧化鋅奈米線1係為隨機方式排列，沿著奈米線1軸方向係具有相似之直徑(平均直徑為30nm)。前述奈光線1係使用選區繞設(selected area diffraction, SAD)技術檢測，結果顯示本發明製成之氧化鋅奈米線1係為單晶結構，如圖四所示。前述氧化鋅奈米線係可形成於氧化鋅薄膜上或直接形成於銅化之基材上。
[n]	綜上所述，本發明之氧化鋅奈米線之製造方法，係可選用各種基材，例如：非單晶(non-single-crystal)或單晶材料作為基材，並使用濺鍍沉積技術來製成單晶結構之氧化鋅奈米線。
[n]	雖然本發明之較佳實施例已揭露於上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，皆可作各種變化，因此本發明之保護範圍係由後述之申請專利範圍所界定。
	【圖式簡單說明】
[n]	圖一係本發明製造方法之流程圖。
[n]	圖二係根據本發明之製造方法形成之氧化鋅薄膜之電子顯微鏡照片。
[n]	圖三係根據本發明之製造方法形成之氧化鋅奈米線之電子顯微鏡照片。
[n]	圖四係顯示氧化鋅奈米線為單晶結構之SAD圖。
	【主要元件符號說明】
[y]	1．．．奈米線

七、

申請專利範圍：

1.一種氧化鋅奈米線之製造方法，至少包含：提供一基材；於前述基材表面銅化(copper metallization)，該銅化步驟係可藉由電鍍或濺鍍技術完成，其中前述濺鍍技術中，銅係藉由使用30mA x 750V之離子束，壓力約為5.3 x 10^-2Pa(4 x 10^-4torr)，且於Ar環境下沉積約30分鐘；沉積氧化鋅於前述銅化之基材表面，其中前述沈積氧化鋅係使用濺鍍沉積法係於壓力約為6.7 x 10^-1Pa(5 m torr)下，使用200 W之RF功率及工作距離約為45mm之條件下沉積氧化鋅約30分鐘；及形成氧化鋅奈米線。
2.如申請專利範圍第1項所述之氧化鋅奈米線之製造方法，其中前述之基材係可為單晶或非單晶之材料。
3.如申請專利範圍第1項所述之氧化鋅奈米線之製造方法，其中前述基材係可為矽、金屬或金屬化合物。
4.如申請專利範圍第3項所述之氧化鋅奈米線之製造方法，其中前述基材係為矽。
5.如申請專利範圍第1項所述之氧化鋅奈米線之製造方法，其中前述濺鍍技術係為離子束濺鍍(ion beam sputter, IBS)沉積技術。
6.如申請專利範圍第1項所述之氧化鋅奈米線之製造方法，其中前述沉積氧化鋅之方法係為物理方法。
7.如申請專利範圍第6項所述之氧化鋅奈米線之製造方法，其中前述物理方法係為濺鍍沉積法。
8.如申請專利範圍第7項所述之氧化鋅奈米線之製造方法，其中前述濺鍍沉積法係為射頻磁控濺鍍沉積法。
9.如申請專利範圍第1項所述之氧化鋅奈米線之製造方法，其中前述氧化鋅奈米線係形成於氧化鋅薄膜上或直接形成於銅化之基材上。
10.如申請專利範圍第1項所述之氧化鋅奈米線之製造方法，其中前述之前述之氧化鋅薄膜係為複晶結構。
11.如申請專利範圍第1項所述之氧化鋅奈米線之製造方法，其中前述之氧化鋅奈米線係為單晶結構。
12.如申請專利範圍第1項所述之氧化鋅奈米線之製造方法，其中前述之基材係可具有鈦金屬層作為銅化之起始材料。

八、	圖式：
	圖一圖二圖三圖四

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