一种大面积氧化锌纳微发电机的制造方法
专利汇可以提供一种大面积氧化锌纳微发电机的制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种大面积ZnO纳微发 电机 的制造方法，在衬底上沉积Au 电极 ； 旋涂 光刻 胶 ，形成Y方向的光刻胶纳微米线结构；通过离子束 刻蚀 刻蚀掉没有光刻胶保护的Au电极材料，然后沉积硬掩膜材料 氧 化 铝 ，刻蚀掉 侧壁 的氧化铝材料，以暴露光刻胶；用丙 酮 剥离掉光刻胶及上面的Al2O3，利用溶胶凝胶法沉积ZnO 薄膜 ；用离子束刻蚀和丙酮进行光刻胶剥离形成ZnO 纳米线 ；旋涂光刻胶，经曝光和成型后露出两端的ZnO纳米线；利用 电子 束 蒸发 沉积Pt电极；用丙酮剥离掉光刻胶，刻蚀去除Al2O3，压电纳米发电机结构；暴露压电纳米发电机到振动源，产生压电转换和纳微压电发电。达到低成本、高机械能- 电能 转化纳米发电机的大面积可控生产和加工。，下面是一种大面积氧化锌纳微发电机的制造方法专利的具体信息内容。
1.溶胶凝胶法制备大面积ZnO薄膜，其特征在于包括如下步骤：
1）溶胶溶液的配制：将二水合醋酸锌与乙二醇甲醚混合，再加入乙醇胺， 60℃搅拌2小时，然后在室温下陈化24小时，得到溶胶溶液；其中二水合醋酸锌与乙醇胺的摩尔比为
1:1~3；
2）衬底的清洗：将衬底用丙酮溶液在超声清洗器中清洗30min，再用乙醇超声30min，再去离子水超声15min，然后再用HF：去离子水=1：10（体积比）配制的稀氢氟酸溶液浸泡衬底10min，去离子水冲洗干净，放入无水乙醇中保存；
3）涂膜：设置好旋涂速度和旋涂时间，低速500rpm旋转8s，高速旋转3000rpm旋转
30s，将衬底通过真空吸附在衬底台上，然后滴加溶胶溶液旋转，使溶胶溶液均匀涂覆在衬底上形成薄膜；
4）预热处理：设置预热处理温度为300℃，预热时间为10min，使薄膜中的溶剂挥发，
10min后取出衬底冷却到室温，重复步骤3）和步骤4）进行6次涂膜，后进行退火；
5）退火：退火温度设置为650℃，退火时间为1h，退火形成干燥的固态ZnO薄膜。
2.权利要求1溶胶凝胶法制备得到的大面积ZnO薄膜，其特征在于：X-射线衍射显示，得到的大面积ZnO薄膜具有小于3%的均匀性，c-轴择优取向高。
3.一种大面积ZnO纳微发电机的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
1）对衬底进行清洗后，用电子束蒸发沉积方法在衬底上沉积Au电极；
2）旋涂光刻胶，经曝光和成型后形成Y方向的光刻胶纳微米线结构；
3）通过离子束刻蚀刻蚀掉没有光刻胶保护的Au电极材料， 在有光刻胶保护
的区域形成纳微米线Au/光刻胶纳微米线结构； 离子束刻蚀条件为：真空度：5.0 -4
10 mbar，
样品台温度：6℃，入射角：θ=15°，MFC1：4.16，阴极电流：13.0A，阳极电压：60V，屏级电压：500V，加速电压：300V，中和电流：10.2A，偏置：1.20，输入电压：220V，刻蚀速率2nm/s；
4）然后利用原子层沉积技术沉积硬掩膜材料氧化铝，在有光刻胶保护的区域形成Au/光刻胶/氧化铝纳微米线结构， 在没有光刻胶保护的区域形成氧化铝/衬底结构，具体原子层沉积技术条件为：前驱体脉冲时间：0.03s，暴露时间：5s，清扫时间：30s，温度：150℃， 沉积速率 1nm/分钟；
5）采用离子束刻蚀，刻蚀掉侧壁的氧化铝材料，以暴露光刻胶；
6）用丙酮剥离掉光刻胶及上面的Al2O3，在有光刻胶保护的区域形成Au微米线结构， 在没有光刻胶保护的区域形成氧化铝/衬底结构；
7）利用权利要求1溶胶凝胶法沉积ZnO薄膜；
8）旋涂光刻胶，经曝光和成型后形成X方向的光刻胶纳微米线结构，用离子束刻蚀和丙酮进行光刻胶剥离形成ZnO纳米线；
9）旋涂光刻胶，经曝光和成型后露出两端的ZnO纳米线；
10）利用电子束蒸发沉积Pt电极；
11）用丙酮剥离掉光刻胶，在没有光刻胶保护的区域形成Pt纳微米结构，在有光刻胶保护的区域剥离掉光刻胶/Pt；
12）利用Al2O3湿法刻蚀去除Al2O3，形成最终的悬空ZnO纳米线和压电纳米发电机结构；
13）暴露压电纳米发电机到振动源，产生压电转换和纳微压电发电。
4.根据权利要求3所述大面积ZnO纳微发电机的制造方法，其特征在于：步骤1）和步骤10）所述电子束蒸发沉积条件为：速率为3埃每秒，高压为600V，电流为300~350 mA，功率180瓦。
5.根据权利要求3所述大面积ZnO纳微发电机的制造方法，其特征在于：步骤2）、步骤
8）和步骤9）中所述旋涂光刻胶的条件为：将光刻胶在匀胶机上低转速500rpm，旋转5s，高
2
转速3000rpm，旋转30s，利用光刻机曝光8s，光强15mw/cm。
一种大面积氧化锌纳微发电机的制造方法
技术领域
背景技术
纳米线，能将振动机械能转化成电能，实现峰值电压 1.26 V 和峰值功率2.7 mW/cm 的输出。
压电纳米线的优势是高灵敏度，能够从足够小的天然资源中提取能源。虽然在其他非氧化锌纳米线上同样能观察到大的压电电势，但是同时具有半导体以及压电特性的氧化锌纳米线能完成机械能到电能的高效转变。常规的压电材料，如PZT等，通常为绝缘体。尽管将它们弯曲或压缩也能产生电势变化，但由于它们无法与金属形成具有单向导电性质的肖特基垒，因而无法完成电荷积累到释放这一转变的充放电过程。
发明内容
1）溶胶溶液的配制：将二水合醋酸锌与乙二醇甲醚混合，再加入乙醇胺， 60℃搅拌2小时，然后在室温下陈化24小时，得到溶胶溶液；其中二水合醋酸锌与乙醇胺的摩尔比为
1:1~3,二水合醋酸锌与乙二醇甲醚混合，得到的二水合醋酸锌的乙二醇甲醚溶液，浓度为
0.35—0.85 mol/L；
2）衬底的清洗：将衬底（半导体，玻璃，金属， 高分子等）用丙酮溶液在超声清洗器中清洗30min，再用乙醇超声30min，再去离子水超声15min，然后再用HF：去离子水=1：10（体积比）配制的稀氢氟酸溶液浸泡衬底10min，去离子水冲洗干净，放入无水乙醇中保存；
3）涂膜：设置好旋涂速度和旋涂时间，低速500rpm旋转8s，高速旋转3000rpm旋转
30s，将衬底通过真空吸附在衬底台上，在低转速时滴加溶胶溶液旋转，使溶胶溶液均匀涂覆在衬底上形成薄膜； 滴加速度为10mL/min。
2）旋涂光刻胶，经曝光和成型后形成Y方向的光刻胶纳微米线结构；
3）通过离子束刻蚀刻蚀掉没有光刻胶保护的Au电极材料， 在有光刻胶保护的区域形-4
成纳微米线Au/光刻胶纳微米线结构。 离子束刻蚀条件为：真空度：5.0 10 mbar，样品台温度：6℃，入射角：θ=15°，MFC1(质量流量计)：4.16，阴极电流：13.0A，阳极电压：
60V，屏级电压：500V，加速电压：300V，中和电流：10.2A，偏置：1.20，输入电压：220V，刻蚀速率2nm/s工作时间（对100nm厚的薄膜需要的刻蚀时间时间为50s）
4）然后利用原子层沉积技术沉积硬掩膜材料氧化铝，在有光刻胶保护的区域形成Au/光刻胶/氧化铝纳微米线结构， 在没有光刻胶保护的区域形成氧化铝/衬底结构，具体原子层沉积技术条件为：前驱体脉冲时间：0.03s，暴露时间：5s，清扫时间：30s，温度：150℃， 沉积速率 1nm/分钟；
5）采用离子束刻蚀，刻蚀掉侧壁的氧化铝材料，以暴露光刻胶；
6）用丙酮剥离掉光刻胶及上面的Al2O3，在有光刻胶保护的区域形成Au微米线结构， 在没有光刻胶保护的区域形成氧化铝/衬底结构
7）利用上述溶胶凝胶法沉积ZnO薄膜；
8）旋涂光刻胶，经曝光和成型后形成X方向的光刻胶纳微米线结构，用离子束刻蚀和丙酮进行光刻胶剥离形成ZnO纳米线；
9）旋涂光刻胶，经曝光和成型后露出两端的ZnO纳米线；
10）利用电子束蒸发沉积Pt电极；
11）用丙酮剥离掉光刻胶，在没有光刻胶保护的区域形成Pt纳微米结构，在有光刻胶保护的区域剥离掉光刻胶/Pt；
12）利用Al2O3湿法刻蚀去除Al2O3，形成最终的悬空ZnO纳米线和压电纳米发电机结构；
13）暴露压电纳米发电机到振动源，产生压电转换和纳微压电发电。
具体实施方式
1）溶胶溶液的配制：将3.8412g二水合醋酸锌与50ml乙二醇甲醚混合，得到浓度为
0.35mol/L的二水合醋酸锌乙二醇甲醚溶液，再加入1.4ml乙醇胺，用磁力搅拌器在60℃水浴条件下充分搅拌2小时，溶液呈无色透明状。在室温下陈化24小时，得到溶胶溶液；
2）衬底的清洗：：6寸Si硅片用丙酮溶液在超声清洗器中清洗30min，再用乙醇超声
30min，再去离子水超声15min，然后再用HF：去离子水=1：10（体积比）配制的稀氢氟酸溶液浸泡衬底10min，去离子水冲洗干净，放入无水乙醇中保存；
3）涂膜：设置好旋涂速度和旋涂时间，低速500rpm旋转8s，高速旋转3000rpm旋转
30s，将衬底通过真空吸附在衬底台上，在低转速时滴加溶胶溶液旋转，使溶胶溶液均匀涂覆在衬底上形成薄膜； 滴加速度为10mL/min。
第2步，旋涂光刻胶，将苏州瑞红RZJ-304正性光刻胶在匀胶机上低转速500rpm旋转
2
5s，高转速3000rpm，时间为30s。利用ABM光刻机通过曝光8s，光强15mw/cm ；光刻胶显影时间视显影效果而定，，显影时间视显影效果而定，一般在8-15秒之间，形成Y方向的侧壁结构；
第3步，通过离子束刻蚀（IBE， IBE350， 购自沈阳科学仪器））刻蚀掉没有光刻胶保护的Au， 在有光刻胶保护的区域形成Au/光刻胶纳微米结构。离子束刻蚀的条件为： 真空度：
-4
5.0 10 mbar，样品台温度：6℃，入射角：θ=15°，MFC1（质量流量计）：4.16，阴极电流：
13.0A，阳极电压：60V，屏级电压：500V，加速电压：300V，中和电流：10.2A，偏置：1.20，输入电压：220V，刻蚀速率2nm/s，刻蚀工作时间视薄膜厚度而定，如薄膜厚度100nm时间为50s。
1.20，输入电压：220V，刻蚀速率2nm/s，
第6步，用丙酮剥离掉光刻胶及上面的Al2O3，在有光刻胶保护的区域形成Au微米线结构， 在没有光刻胶保护的区域形成氧化铝/衬底结构。
旋转5s，高转速3000rpm时间为30s。利用ABM光刻机通过曝光8s，光强15mw/cm ；显影时间视显影效果而定，形成X方向的纳微米线光刻胶结构。以后应用离子束刻蚀和丙酮光刻胶剥离形成ZnO纳米线。 离子束刻蚀条件与第三步相同。；
第13步，旋涂光刻胶（条件同第2步），通过光刻（条件同第2步）露出两端的ZnO纳米线；
第14步，利用电子束蒸发沉积（条件同第1步）1000nm 厚Pt电极；
第15步，用丙酮进行光刻胶进行剥离；
第16步，利用Al2O3湿法刻蚀去除Al2O3，形成最终的悬空ZnO纳米线和压电纳米发电机结构。
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