Small:湿法化学刻蚀氧化锌(000)面的暴露晶面控制

湿法化学刻蚀作为一种调控表面形貌及结构的方法被人们广泛地应用于各行各业。在催化领域,利用湿法化学刻蚀,人们获得了各种形状的纳米颗粒,纳米颗粒的不同表面可能表现出不同的催化特性。在半导体领域,人们利用湿法化学刻蚀,获得了各种各样的硅结构。另外,利用湿法化学刻蚀,人们还能获得一些中空结构,如纳米管、纳米框等结构,可应用在不同领域。但是,由于缺乏在纳米或原子尺度直接观察溶液中动态变化的有效手段,湿法化学刻蚀的一些基础理论,包括刻蚀坑的形核生长理论、形状控制理论、刻蚀的动力学过程等,仍然不很清楚。

基于此,北京大学电子学系的陈清老师和合作者借助原位液体透射电镜开展了氧化锌(000)表面的湿法化学刻蚀研究,该研究为湿法化学刻蚀领域的微掩膜机制(即湿法化学刻蚀过程中锥形结构的形成机制)提供了直接的实验证据;同时,还发现了一种利用氧等离子体处理结合湿法化学腐蚀可控暴露氧化锌的{01}高指数晶面的方法,并证实了该方法对氧化锌纳米材料和体材料都适用。相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201906435)上。

氧化锌材料由于其优异的物理化学性质,广泛地应用于各行各业。目前直接生长或湿法腐蚀后的氧化锌一般暴露的晶面都是{0001},{010},{01}等低指数晶面。该研究组利用原位液体透射电镜技术原位观察了氧化锌纳米带的湿法化学刻蚀过程,观察到了氧化锌的(000)面逐渐被刻蚀并暴露出{01}面的过程。而在一般的湿法化学刻蚀过程中,(000)氧终结平面会被{01}面构成的六棱锥结构取代。该研究组通过一系列的对比实验,发现湿法刻蚀前的氧等离子体处理是{01}面取代{01}面出现的原因,而且这种方法不仅适用于氧化锌纳米材料,而且也适用于氧化锌体材料。相比于其它方法,这种刻蚀前通过简单的氧等离子体处理来改变湿法化学刻蚀过程中材料表面结构的办法更加简单方便。除了氧化锌之外,研究组相信其它材料也可以尝试利用这种方法来改变其刻蚀后的表面结构。同时,该研究组还观察到了微掩膜机制的整个作用过程,首次从实验上直接证实了该理论。