[发明专利]一种针尖型硅纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种针尖型硅纳米线的制备方法。

背景技术

1974年Fleishmann等人在研究银电极上吸附的吡啶分子的拉曼光谱时发现其谱线强度有明显增强并将其命名为表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering)。表面增强拉曼散射(SERS)是一种高灵敏度、高分辨率的分析技术，自发现以来受到了极大的关注。而SERS研究的关键在于性能优异的基底的制备，既要求具有较高的增强因子，又必须具有良好的均匀性和可重复性，同时成本低廉。利用一维半导体纳米线的优良性能，比如良好的可加工性和较大的比表面积，可将产生拉曼增强活性的金、银颗粒方便的修饰到其表面，从而成为增强因子较高的SERS基底，这将是一种极具开发潜力的制备方法。

针尖状纳米线探针作为SERS技术与纳米技术的结合，已经在物理、化学、医药、传感和生物领域取得了广泛的应用和研究，可以应用于制造多种纳米传感器，尤其在生物领域，纳米尺度SERS探针被极其广泛的应用于鉴定细胞内的物质如DNA或应用于探测食品安全中的危害成分，其针尖尺度上的优势是传统材料所无法比拟的。针尖状硅纳米线的稳定性、较大的比表面积，以及便于修饰金、银颗粒，使其作为一种良好的SERS基底材料广泛应用于各个领域。

目前制备硅纳米线的方法很多，比如激光烧蚀法、分子束外延法、液相化学法、模板法以及化学气相沉积法等。虽然这些方法都能控制所生长的纳米线结构和形貌，但方法普遍适应性差，不能大规模工业化生产，且可操作性不强。同时，上述方法所制备的纳米线大多杂乱无章，相互缠绕。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针尖型硅纳米线的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种针尖型硅纳米线的制备方法，包括以下步骤：

以硅烷作为反应前驱体，在衬底上的合金液滴催化下采用等离子增强化学气相沉积（PECVD）制备针尖型硅纳米线，所述合金液滴由硅与金属催化剂组成。

所述衬底为硅衬底，硅衬底选自Si（100）、Si（111）、SiO₂硅片（Si/SiO₂，氧化层的厚度为300nm）或石英玻璃。

所述金属催化剂为金（Au）、铜（Cu）或者镍（Ni）。

所述针尖型硅纳米线的制备方法具体包括以下步骤：在清洗干净的硅衬底上沉积Au膜，将沉积有Au膜的硅衬底转移到等离子增强化学气相沉积反应腔内进行退火，Au膜经退火后形成金-硅合金液滴，然后向所述反应腔内通入10-100sccm的经氢气稀释的硅烷，并在所述反应腔内温度为600-800℃以及射频功率为15-60W的条件下持续反应1h，反应后随炉冷却至室温，硅衬底上即可得到针尖型硅纳米线。

所述Au（金）膜的厚度为5-10nm，所述Au膜的沉积方法为离子溅射，离子溅射利用空气为起辉气体，溅射温度为室温，溅射电流设置为10mA，溅射时间为15-90s。

所述退火的条件为：控制所述反应腔内本底真空度小于等于4×10^-4Pa，然后在30min内从室温升温至800℃并保温（于800℃）40min即可。

所述针尖型硅纳米线以气-液-固（VLS）模式生长。

所述经氢气稀释的硅烷中硅烷的体积分数为10%。

所述针尖型硅纳米线为针尖状，针尖型硅纳米线的长度为1-3μｍ，针尖型硅纳米线的直径为50-100nm，针尖型硅纳米线的尖端含有具有SERS活性的Au颗粒。

所述针尖型硅纳米线的制备方法具体包括以下步骤：

1）先将Si(100)衬底清洗干净，利用离子溅射仪在清洗干净的Si(100)衬底上沉积5-10nm厚的Au薄膜；

2）将沉积有Au薄膜的Si(100)衬底转移到等离子增强化学气相沉积反应腔内，控制所述反应腔内本底真空度小于等于4×10^-4Pa，然后于30min内从室温升温至800℃并保温（于800℃）40min；

3）经过步骤2）后，向所述反应腔通入40sccm的经氢气稀释的硅烷，并在800℃、射频功率控制在30W下持续反应1h，反应后随炉冷却至室温。

本发明的有益效果体现在：