[发明专利]一种尺寸可控的硅微/纳米线阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅微/纳米线阵列的制备方法，更具体地说是一种通过金属催化化学刻蚀硅的微/纳米线阵列的制备方法。

背景技术

近些年，一维硅微/纳米线的半导体性，机械性，光学性，以及纳米器件的前景应用引起了广泛的关注。硅微/纳米线已经成功地使用于场效应晶体管、生物化学传感器、集成逻辑器件、太阳能电池、锂电池阳极、p-n结等器件。合成硅微/纳米线很多方法，例如VLS生长法、氧辅助生长法(OAG)和SLS生长法，但这些合成的硅微/纳米线具有典型的随机方向性，(尺寸的问题)很难于在器件中使用。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种尺寸可控的硅微/纳米线阵列的制备方法，以获得可控直径、长度、晶向的匀质硅单晶微/纳米线阵列，使其能够在器件中得到实际应用。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明尺寸可控的硅微/纳米线阵列的制备方法的特点是按如下步骤进行：

(1)、以硅片为基底，将硅片依次放置在去离子水和丙酮中进行超声清洗后，随后浸入在60-100℃的食人鱼洗液中，5-20分钟后取出晾干即为样品A，在所述样品A的表面旋涂光刻胶，烘干后形成300～500纳米厚度的光刻胶层；按硅微/纳米线阵列的形式制作接触式掩模板图形，利用具有硅微/纳米线阵列图形的接触式掩模板对光刻胶层进行紫外曝光40s获得样品B，取下所述样品B在显影液中经4-6分钟显影洗去被曝光的光刻胶得样品C；

(2)、利用微电子镀膜设备在所述样品C的表面镀厚度为20～50纳米的金膜得到样品D；将所述样品D置于丙酮中，超声处理后去除光刻胶及光刻胶表面上的金，保留与金接触的硅片即为样品E；

(3)、将所述样品E浸入在刻蚀液中进行金催化化学刻蚀，在完成所述金催化化学刻蚀后即得硅微/纳米线阵列。

本发明中尺寸可控的硅微/纳米线阵列的制备方法的特点也在于：

所述光刻胶为AZ5206，所述显影液为MIF-300。

所述光刻胶为ARP-5350，所述显影液为AR3006。

所述食人鱼洗液中是质量百分比浓度不低于98％的浓H₂SO₄和质量百分比浓度为40％的双氧水H₂O₂按体积比为4∶1的配比。

所述刻蚀液是在1000ml的水溶液中含有4-5mol的HF和0.4-0.5mol的H₂O₂。

所述步骤(1)和步骤(2)中的丙酮质量百分比浓度为：99.5％。

本发明的理论基础是类似于传统的金属(Ag)辅助刻蚀法，金(Au)辅助刻蚀硅微纳米线阵列。在H₂O₂和HF酸溶液中，硅失去电子变成硅离子，H₂O₂得到电子生成氧气，这个电化学反应是在金催化下发生反应。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明通过微电子光刻技术，在硅片表面金辅助化学刻蚀出尺寸可控硅微/纳米线阵列。根据硅片本身类型的不同，可以相应获得掺杂，尺寸，晶向微/纳米线阵列。

2、通过控制显影时间的不同控制线的直径。通过控制刻蚀时间的不同控制线的长度。

3、本发明工艺简单，成本较低，耗能少，适合大规模生产应用。

附图说明

图1为本发明制备不同刻蚀时间的硅微/纳米线阵列扫描电子显微镜照片；

图2为本发明制备不同显影时间的硅微/纳米线阵列扫描电子显微镜照片；

图3为本发明制备不同硅片晶向的硅微/纳米线阵列扫描电子显微镜照片；

具体实施方式

具体实施中按以下步骤操作：

(1)、以硅片为基底，将硅片依次放置在去离子水和丙酮中进行超声清洗后，随后浸入在60℃的食人鱼洗液中，5分钟后取出晾干即为样品A，在所述样品A的表面旋涂光刻胶，烘干后形成300～500纳米厚度的光刻胶层；按硅微/纳米线阵列的图形形式制作接触式掩模板，利用具有硅微/纳米线阵列图形的接触式掩模板对光刻胶层进行紫外曝光40s获得样品B，取下所述样品B在显影液中经4分钟显影洗去被曝光的光刻胶得样品C；

(2)、利用微电子镀膜设备在所述样品C的表面镀厚度为20纳米的金膜得到样品D；将所述样品D置于丙酮中，超声处理后去除光刻胶及光刻胶表面上的金，保留与金接触的硅片即为样品E；