[发明专利]Mn27Si47-Si异质结构纳米线阵列或Mn27Si47纳米线阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米线阵列的制备技术领域，特别涉及Mn₂₇Si₄₇-Si异质结构纳米线阵列和Mn₂₇Si₄₇一维纳米结构阵列的制备方法。 

背景技术

Mn₂₇Si₄₇是一种过渡金属硅化物，是锰硅化合物系列中的高锰硅化合物中的一种。Mn₂₇Si₄₇作为一种过渡金属硅化物，具备过渡金属硅化物的性能，如抗氧化、耐化学腐蚀、热稳定性高、电阻率低、与Si器件极好的兼容性、与Si材料容易形成欧姆接触等一系列优异性能。同时Mn₂₇Si₄₇作为一种高锰硅化合物，又具备高锰硅化合物的特性，如窄的禁带宽度、优良的热电性能、很好的铁磁性能。为了能更好的发展集成的硅基高锰硅化合物器件，很有必要探索在纳米尺度上的高锰硅化合物和硅的复合材料的制备和性能。降低高锰硅化合物的尺寸很有可能会出现一些新奇的性能，从而改善器件的性能。有研究表明，当高锰硅化合物的尺寸降到纳米尺度，其热电性能和铁磁性能得到了很大的改善。因此Mn₂₇Si₄₇-Si异质结构纳米线阵列和Mn₂₇Si₄₇纳米线阵列在基于Si纳米线的红外探测器、太阳能光伏器件、电子自旋器件和热电器件方面具有巨大的潜在应用价值。而本发明正是采用一种新的简单的方法制备出了Mn₂₇Si₄₇-Si异质结构纳米线阵列和Mn₂₇Si₄₇纳米线阵列。 

发明内容

本发明的目的是提供Mn₂₇Si₄₇-Si异质结构纳米线阵列和Mn₂₇Si₄₇一维纳米结构阵列的制备方法。 

本发明的Mn₂₇Si₄₇-Si异质结构纳米线阵列或Mn₂₇Si₄₇纳米线阵列的制备方法包括以下步骤： 

1)采用常规的化学刻蚀的方法在单晶硅基片表面制备出硅纳米线阵列：将用氢氟酸清洗过的单晶硅基片置于硝酸银和氢氟酸的混合溶液中浸泡3分钟；其中，硝酸银和氢氟酸的混合溶液中的硝酸银的浓度为5mmol/L，氢氟酸的浓度为4.8mol/L；将浸泡过硝酸银和氢氟酸混合溶液的单晶硅基片取出后置于双氧水和氢氟酸混合的刻蚀溶液中进行刻蚀，双氧水的浓度为4mmol/L，氢氟酸的浓度为4.8mol/L，刻蚀温度为50℃，刻蚀时间为30分钟，在单晶硅基片表面刻蚀出垂直定向站立排列的硅纳米线阵列；

2)将MnCl₂粉末放于氧化铝瓷舟中，将步骤1)得到的表面刻蚀出垂直定向站立排列的硅纳米线阵列的单晶硅基片悬放于MnCl₂粉末的正上方(优选悬放于MnCl₂粉末的正上方5mm处)，且硅纳米线阵列面朝下正对MnCl₂粉末，再将氧化铝瓷舟连同上述步骤1)得到的单晶硅基片一同放入管式炉的中心；

将管式炉加热到温度为600℃后进行保温，10分钟≤保温时间＜80分钟，或保温时间为≥80分钟(优选为80分钟)；在整个加热及保温过程中通入惰性气体(如氩气)作为保护气体(优选通入的惰性气体(如氩气)的流量为100sccm)，管式炉内的压强为70Pa；待反应完毕，管式炉降温至室温，在10分钟≤保温时间＜80分钟时，在单晶硅基片上得到锰硅化合物(MnSi和Mn₂₇Si₄₇的混合物)-Si异质结构纳米线阵列，在保温时间为≥80分钟时(优选为80分钟时)，在单晶硅基片上得到锰硅化合物纳米线阵列； 

3)将步骤2)得到的单晶硅基片从管式炉中取出，并再次放入管式炉的中心，将管式炉加热到温度为750℃进行退火，退火时间为300分钟；整个加热及退火过程中通入惰性气体(如氩气)作为保护气体(优选通入的惰性气体(如氩气)的流量为100sccm)，管式炉内的压强为70Pa；退火完成后，即由锰硅化合物-Si异质结构纳米线阵列得到Mn₂₇Si₄₇-Si异质结构纳米线阵列，由锰硅化合物纳米线阵列得到Mn₂₇Si₄₇一维纳米线阵列。