[发明专利]一种方向可以改变的弯折硅纳米线阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一维纳米材料的制备与应用领域，尤其涉及一种方向可以根据需要改变的弯折硅纳米线阵列的制备方法。

背景技术

硅在微电子领域一直是主导材料，一维硅基材料在微电子、生物以及光电领域地位无可取代，在科学研究和实际应用中都具有非常重要的意义，一直是人们的研究热点。目前制备硅纳米线的方法主要有：化学气相沉积法(CVD)[参见：Won Il Park，Gengfeng Zheng，Xiaocheng Jiang，Bozhi Tian，andCharles M.Lieber.Controlled Synthesis of Millimeter-Long Silicon Nanowireswith Uniform Electronic Properties.Nano Lett.2008，8，9，3004]，激光烧蚀法(laser ablation method)[参见：Alffedo M.Morales，Charles M.Lieber.A LaserAblation Method for the Synthesis of Crystalline Semiconductor Nanowires.Science 1998：279.5348，208]，物理气相沉积法(physical vapor deposition)[参见：D.P.Yu，Z.G.Bai，et al.Nanoscale silicon wires synthesized using simplephysical evaporation.Appl.Phys.Lett.72，3458(1998)]等，近来出现的化学刻蚀法能够大面积制备单一方向的硅纳米线阵列，其方法简单，无需复杂的设备，条件容易控制[参见：单一轴向排布的单晶硅纳米线阵列，公开号CN1693191A]。

但是到目前为止，还没有一种方法能够实现硅纳米线的可控弯折，如果能够控制硅纳米线的弯折，在纳米器件方面将会有非常重要的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种催化辅助刻蚀法制备方向可以改变的弯折硅纳米线阵列的方法。

本发明的方向可以改变的弯折硅纳米线阵列的制备方法，是一种通过改变刻蚀液的浓度、比例以及刻蚀工艺来改变硅片的刻蚀方法，从而得到方向改变的弯折硅纳米线，本发明通过改变刻蚀液的浓度条件，可分为两种方案，其中方案一的制备方法包括以下步骤：

(1)硅片清洗：可依次用蒸馏水、乙醇和丙酮超声清洗单晶硅片，最后用蒸馏水冲洗干净；

(2)化学镀银：将步骤(1)清洗干净的单晶硅片浸入AgNO₃和HF混合的镀银溶液中，优选浸入时间为1-3分钟，其中镀银溶液中的AgNO₃浓度为5mM，HF的浓度为4-5M；

(3)硅片刻蚀：在密闭容器中，将经步骤(2)得到的镀银单晶硅片浸入温度为10-40℃的刻蚀液中进行刻蚀，在单晶硅片上刻蚀出硅纳米线阵列，优选刻蚀时间为5-60分钟；所述的刻蚀液为HF和H₂O₂的混合溶液，其中混合溶液中的HF浓度为4-5M，H₂O₂浓度为0.015-0.06M，HF与H₂O₂的摩尔比值为80-330；

(4)将步骤(3)刻蚀完成后得到的单晶硅片取出并冲洗干净，在密闭容器中，再将步骤(3)刻蚀完成后得到的单晶硅片浸入温度为10-40℃的另一浓度的刻蚀液中继续刻蚀(优选继续刻蚀时间为5-60分钟)，使步骤(3)刻蚀出的硅纳米线阵列继续刻蚀延长，并且新刻蚀出的硅纳米线阵列方向改变一次；所述的刻蚀液为HF和H₂O₂的混合溶液，其中混合溶液中的HF浓度为4-5M，H₂O₂浓度为0.1-0.22M，HF与H₂O₂的摩尔比值为20-50；或

直接向步骤(3)的刻蚀液中添加HF和/或H₂O₂来改变刻蚀液各组分的浓度和比例，在维持刻蚀液的温度为10-40℃下，使刻蚀液中的HF浓度为4-5M，H₂O₂浓度为0.1-0.22M，HF与H₂O₂的摩尔比值为20-50；优选继续刻蚀5-60分钟；使步骤(3)刻蚀出的硅纳米线阵列继续刻蚀延长，并且新刻蚀出的硅纳米线阵列方向改变一次；