[发明专利]一维硅基阵列微结构及其制备方法和在气体传感器中的应用

权利要求书

1.一维硅基阵列微结构，其特征在于，硅基阵列由硅纳米线组成，硅纳米线长度为微米级，直径为纳米级，且硅纳米线不完全垂直于基底硅片，按照下述步骤进行：

步骤1，使用金属辅助化学刻蚀法处理硅片，以使硅片表面形成硅纳米线阵列，使用氢氟酸和硝酸银的混合水溶液为刻蚀液，通过调整刻蚀液中氢氟酸和硝酸银浓度，以及刻蚀温度和时间，控制刻蚀形成硅纳米线的长度和直径

步骤2，使用二次刻蚀进行硅纳米线的表面改性—将步骤1刻蚀处理得到的硅片从刻蚀液中取出后直接放入质量百分数65—68wt％的浓硝酸中进行二次刻蚀，再将硅片取出使用去离子水清洗后放入质量百分数20—30wt％的硝酸中，取出后干燥，得到一维硅基阵列微结构。

2.根据权利要求1所述的一维硅基阵列微结构，其特征在于，硅纳米线长度为10—30微米，直径为80—100nm。

3.根据权利要求1所述的一维硅基阵列微结构，其特征在于，在步骤1中，硅片采用单晶硅片，硅片的电阻率为10-15Ω·cm，硅片的晶向为<100>±0.5°，硅片的厚度为400μm。

4.根据权利要求1所述的一维硅基阵列微结构，其特征在于，在步骤1中，氢氟酸浓度为4M-6M，硝酸银浓度为0.01M-0.03M，将硅片放入上述溶液中进行化学刻蚀，刻蚀时间为20-200min，刻蚀温度为10-40℃。

5.根据权利要求1所述的一维硅基阵列微结构，其特征在于，在步骤1中，化学刻蚀的条件为刻蚀时间为30-180min，刻蚀温度为15-35℃。

6.根据权利要求1所述的一维硅基阵列微结构，其特征在于，在步骤2中，进行二次刻蚀的时间为10-30min，浓硝酸用量为3—5ml；将硅片取出使用去离子水清洗后放入30—50ml质量百分数20—30wt％的硝酸中3—10min，优选3—5min。

7.一维硅基阵列微结构的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

步骤1，使用金属辅助化学刻蚀法处理硅片，以使硅片表面形成硅纳米线阵列，使用氢氟酸和硝酸银的混合水溶液为刻蚀液，通过调整刻蚀液中氢氟酸和硝酸银浓度，以及刻蚀温度和时间，控制刻蚀形成硅纳米线的长度和直径

步骤2，使用二次刻蚀进行硅纳米线的表面改性—将步骤1刻蚀处理得到的硅片从刻蚀液中取出后直接放入质量百分数65—68wt％的浓硝酸中进行二次刻蚀，再将硅片取出使用去离子水清洗后放入质量百分数20—30wt％的硝酸中，取出后干燥，得到一维硅基阵列微结构。

8.根据权利要求7所述的一维硅基阵列微结构的制备方法，其特征在于，在步骤1中，氢氟酸浓度为4M-6M，硝酸银浓度为0.01M-0.03M，将硅片放入上述溶液中进行化学刻蚀，刻蚀时间为20-200min，刻蚀温度为10-40℃；在步骤2中，进行二次刻蚀的时间为10-30min，浓硝酸用量为3—5ml；将硅片取出使用去离子水清洗后放入30—50ml质量百分数20—30wt％的硝酸中3—10min，优选3—5min。

9.基于一维硅基阵列微结构的气敏元件，其特征在于，在硅纳米线阵列的顶端设置电极，与硅片纳米线阵列形成欧姆接触，利用磁控溅射方法，借助硬模板将一维硅基阵列微结构表面镀铂矩形电极，形成电极与硅片纳米线阵列形成欧姆接触，两个电极大小为1-4mm*1-4mm，间距为0.5-3cm，采用的金属铂作为溅射靶材，氩气作为工作气体，溅射时间2-10min，形成电极厚度为120-300nm。

10.如权利要求1—6之一所述的一维硅基阵列微结构，或者如权利要求9所述的基于一维硅基阵列微结构的气敏元件在气体传感器中的应用，其特征在于，在室温20-25℃下检测氨气，对10ppm氨气的灵敏度为0.32，响应时间平均少于1s，恢复时间平均为50-60s。