[发明专利]制备硅纳米线阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅纳米线阵列的制备方法，属于纳米硅的制备技术领域。

背景技术

一维纳米材料的研究率先在碳纳米管等研究领域取得了突破性进展。2001年，有研究者将碳纳米管组装成了电路，开辟了利用纳米材料构造纳米器件的先河，《Science》杂志将其列为当年的重大科学突破。如今一维纳米材料已经成为纳米材料研究中最热门的领域。作为一维纳米材料的成员之一，纳米线因其新奇的光学性能、电学性能及力学性能等特性而引起了凝聚态物理界、化学界及材料科学界科学家们的关注，近年来成为纳米材料研究的热点之一。由于与现有硅技术有良好的兼容性，一维硅基纳米材料有潜力成为硅纳米器件的基材。硅纳米线作为重要的硅基纳米材料之一，由于其特殊的物理性质和潜在的应用前景越来越受到人们的重视。首先，纳米硅材料表现出与宏观材料不同的物理性质；其次，硅纳米线材料具有稳定的半导体性质并且能与现代半导体技术相兼容，这就决定了硅纳米线更具有实用价值。

目前硅纳米线的制备方法主要包括激光烧蚀法、化学气相沉积(CVD)法、热气相沉积法及溶液法等，但这些方法都需要高温环境(900-1100℃)、相当长的合成时间(10个小时以上)和复杂的设备要求(如激光器、真空设备等)，另外制备时还需要硅烷之类的剧毒易燃易爆危险气体等，这些都使得硅纳米线的合成条件复杂，冗长以及具有一定的危险性，从而使得硅纳米线的合成成本很高。

彭奎庆等人通过较简单的方法成功合成了纳米硅线阵列[参见：中国专利02104179.2，公开号1382626，公开日期2002.12.4]，他们是通过在硝酸银与氢氟酸的混合溶液中对硅片进行刻蚀。但该方法不利于在硅片表面进行选择性刻蚀得到硅纳米线阵列。

发明内容

本发明旨在从另一个角度，为硅纳米线阵列的制备提供一种新的思路。

本发明是先利用银镜反应在硅片上还原出银的单体，然后再将硅片放在氢氟酸和双氧水的混合溶液中进行刻蚀。该发明的发明点在于先通过化学还原的方法如银镜反应在硅片表面还原得到银的单体，再通过进一步的化学刻蚀方案得到硅纳米线的阵列。该发明有利于在硅片表面进行选择性刻蚀得到硅纳米线阵列，且所需温度低、设备简单、制备迅捷，能够成功地制备出大面积规则排列的硅纳米线阵列。

本发明的技术方案：

a、在洁净的硅片上进行化学还原反应如银镜反应；

b、然后将其放入刻蚀液中在一定温度下进行刻蚀；其中所述刻蚀液为含有HF和H₂O₂的混合水溶液，所述刻蚀液中HF的质量百分比浓度为8-12％，H₂O₂的质量百分比浓度为0.5-0.7％。

c、刻蚀完成后的硅片进行水洗，然后除银水洗，最后真空干燥既可。

在本发明中刻蚀处理温度为45-55℃。

在本发明中，对硅片种类没有特殊要求，可以使用(100)的P型硅片。

在本发明中，银镜反应前，硅片要清洗干净。

1)可以采用无尘布搓洗，去除硅片表面沾有微粒和有机残渣。

2)对于硅片表面的不溶性污物，可以采用丙酮、乙醇和去离子水超声处理一定时间，通常15min左右，不溶性污物可分散于清洗液中，当团体粒子被油污裹着而粘附在硅片表面时，油被乳化，固体粒子即脱离，从而达到硅片表面净化的目的。

若不去除微粒和残渣，不溶性污物，会影响银镜反应的效果，进而影响硅片表面化学刻蚀所得硅纳米线阵列的质量。

3)对于硅片表面的金属杂质，可将其放入浓H₂SO₄和H₂O₂溶液中，加热氧化。优选采用浓H₂SO₄与双氧水以体积比为6-8∶2-4(最优选7∶3)的比例混合液，于85-95℃下加热10-20min。

浓H₂SO₄采用98％的工业级浓硫酸，所述双氧水采用H₂O₂％浓度为30％的双氧水，混合均匀即可。

4)硅片表面的金属氧化物可采用HF溶液去除。通常可采用质量百分比浓度40％HF溶液。

若硅片表面有金属杂质，金属氧化物，会影响在硅片表面银镜反应的发生，进而影响硅片表面化学刻蚀所得硅纳米线阵列的质量。

为了得到清洁的硅片，可依次进过上述1)～4)步骤清洗。