[发明专利]一种TaSi2纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TaSi₂纳米线的制备方法及其应用，属于纳米材料技术领域。具体是利用激光悬浮区熔定向凝固技术获得Si基体中规则排列的TaSi₂纤维，采用感应耦合等离子体刻蚀技术将硅基体原位刻蚀，制备形成线性度好、定向生长且规则排列的TaSi₂纳米线。

背景技术

TaSi₂具有高熔点(T_m＝2040℃)、高电导率(ρ_293K＝20.20Ωμ.cm)、较低的功函数(φ＝0.59eV)，并与硅有很好的结合强度。因此，TaSi₂被认为是一种具有广阔应用前景的场发射阴极材料，在场效应二极管，平板显示器，传感器等器件等微电子器件利用具有重要的应用价值。目前，通常制备硅化物纳米线的方法是水热合成方法、模板法、化学气相沉积、电沉积，激光脉冲沉积法等。然而，目前以上方法制备的纳米线通常存在长度较短、杂乱排列、规整度不好的问题，限制了发射电流的进一步提高。因此，在微电子领域，为增加电流强度，提高电子的发射率，迫切需要一种能够形成定向生长，规则排列的高长径比TaSi₂纳米线制备技术。

文献(“B.M.Ditchek,B.G.Yacobi,M.Levinson,Depletion zone limited transport in Si-TaSi₂eutectic composites,Journal of Applied Physics,63(1988)1964-1970”)。利用丘克拉斯基晶体生长技术(CZ)制备了Si基体中分布的TaSi₂纤维；然后通过NaOH/NaOCl刻蚀液溶解Si基体，从而使TaSi₂显露出来，形成阵列。然而通过CZ法制备的Si基体中分布的TaSi₂纤维有众多不利因素：Si熔体易与坩埚反应，造成Si原料的污染；低的温度梯度(＜100k/cm)会导致TaSi₂的规整性变差；提拉速率的变化范围很小，制备的TaSi₂纤维直径比较粗大(＞1μm)；化学腐蚀同时会损害TaSi₂纤维，且难以将基体全部腐蚀完毕，从而对场发射性能产生不利的影响。

西北工业大学在公开号为CN103205808A的发明创造中公开了一种Spindt型阴极阵列的制备方法，利用Spindt型阴极阵列的制备方法，制备Si-TaSi₂共晶自生复合材料铸锭，并通过Bridgman方法进行定向凝固，得到TaSi₂在Si基体上均匀分布的试样棒。采用HNO₃/HF腐蚀液，通过刻蚀的方法在试样的表面制备出有TaSi₂的Spindt型阴极阵列。得到的TaSi₂的Spindt型阴极阵列的长径比为35:1，尖锥曲率半径为18nm。然而Bridgman方法温度梯度较低，制备的TaSi₂纤维直径比较粗大(3μm)仅在微米级别，面密度仅达到了1.05×10⁶rod/cm²，限制场发射性能的进一步提高。化学腐蚀获得TaSi₂尖锥阵列正是利用其对TaSi₂纤维的微弱侵损作用，但也难以将基体全部腐蚀完毕，获得的TaSi₂纤维长径比有限。

西北工业大学在公开号为CN103205809A的发明创造中公开了一种制备Si基TaSi₂纳米尖锥阵列的方法，通过激光悬浮区熔定向凝固方法进行定向凝固，定向凝固速率为200μm/s，获得直径200nm，面密度为1.4×10⁷rod/cm²，在Si基体上均匀分布的TaSi₂纤维试样棒。采用HNO₃/HF腐蚀液，通过刻蚀的方法在试样的表面制备出TaSi₂尖锥阵列。得到的TaSi₂纳米尖锥阵列的高度为2.5-7.5μm，曲率半径为54-140nm，阵列的长/径比达到了35：1。其场发射性能有了很大的提高，可应用于场发射显示器件，以及场效应二极管，平板显示器，传感器等器件。但是化学腐蚀获得TaSi₂尖锥阵列难以将基体全部腐蚀完毕，获得的TaSi₂纤维长径比有限。